第一章半导体器件

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1、第一章半导体器件第一节PN结第二节半导体二极管第三节半导体三极管第四节场效应晶体管第一节PN结一、半导体的基本特性物质按导电能力的强弱可分三大类。一是导体，其导电能力特别强，例如铜、铝、银等金属材料;二是绝缘体，其导电能力非常弱，几乎可以看成不导电，例如塑料、橡胶、陶瓷等材料;三是半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，常用的半导体材料是硅和锗。用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这就是半导体不同于导体的特殊性质。下一页返回第一节PN结(1)热敏性(2)光敏性(3)杂敏性1.本征半导体纯净

2、晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起的。上一页下一页返回第一节PN结2.杂质半导体本征半导体的电阻率比较大，载流子浓度又小，且对温度变化敏感，因此它的用途很有限。在本征半导体中，人为地掺入少量其他元素(称杂质)，可以使半导体的导电性能发生显著的变化。利用这一特性，可以制成各种性能不同的半导体器件，这样使得它的用途大大增加。本征半导体掺入杂质后叫做杂质半导体。根据掺入杂质性质的不同，可分为两种:N型半导体和P型半导体上一页下一页返回第一节PN结(1)N型半导

3、体在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5个价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。(2)P型半导体在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴是多数载流子。上一页下一页返回第一节PN结二、PN结如果将一块半导体的一侧掺杂成为P型半导体，而另一侧掺杂成为N型半

4、导体，则在二者的交界处将形成一个PN结。1.PN结的形成在P型和N型半导体的交界面两侧，由于自由电子和空穴的浓度相差悬殊，所以N区中的多数载流子自由电子要向P区扩散，同时P区中的多数载流空穴也要向N区扩散，并且当电子和空穴相遇时，将发生复合而消失。如图1-1所示。上一页下一页返回第一节PN结2.PN结的单向导电性在PN结的两端引出电极，P区的一端称为阳极，N区的一端称为阴极。在PN结的两端外加不同极性的电压时，PN结表现出截然不同的导电性能，称为PN结的单向导电性。(1)在外加正向电压时PN结处于导通状态当外加电压使PN结的阳极电位高于阴极时，称PN结外加正向电压或PN结正向偏置(简称正偏)，

5、如图1-2所示。(2)在外加反向电压时PN结处于截止状态当外加电压使PN结的阳极电位低于阴极时，称PN结外加反向电压或PN结反向偏置(简称反偏)，如图1-3所示。上一页返回第二节半导体二极管一、基本结构和表示符号在一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，就构成了半导体二极管。由P型半导体引出的电极，叫做正极(或阳极);由N型半导体引出的电极，叫做负极(或阴极)。通常用图1-4(c)所示的符号表示。按照结构工艺的不同、二极管有点接触型和面接触型两类。它们的管芯结构和符号如图1-4所示。下一页返回第二节半导体二极管二、二极管的伏安特性二极管既然是一个PN结，它必然具有单向导电性。其伏安特性曲

6、线如图1-5所示。所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线。二极管的伏安特性曲线可分为正向特性和反向特性两部分。1.正向特性当二极管加上很低的正向电压时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。当正向电压超过一定数值即死区电压后，内电场被大大削弱，电流增长很快，二极管电阻变得很小。死区电压又称阀值电压，硅管的约为0.6V~0.7V，锗管的约为0.2V~0.3V。上一页下一页返回第二节半导体二极管2.反向特性二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，因而形成很小的反向电流。反向电流有两个特性，一是它随温

7、度的上升增长很快;二是在反向电压不超过某一数值时，反向电流不随反向电压改变而改变，故这个电流称为反向饱和电流。三、主要参数1.最大整流电流IF最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。当电流超过这个允许值时，二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。上一页下一页返回第二节半导体二极管2.反向峰值电压URM它是保证二极管不被击穿而得出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或