电工电子技术及应用第二版课件教学课件 作者 邓允 主编第七章 常用半导体器件.ppt

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1、第七章常用半导体器件7.1半导体基础知识7.2PN结与半导体二极管7.3半导体三极管7.4MOS场效应管一、本征半导体常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）。这种提纯后无杂质的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。第一节半导体基础知识图7-1本征硅材料半导体的共价健结构相邻原子之间以“共价键”的形式结合在一起在获得一定的能量（温度升高或受到光线照射）后，共价健中的价电子获得一定能量即可挣脱共价健的束缚而成为自由电子，同时在共价健中出现了相应的空位置，称为“空穴”。自由电子和空穴成对产生，数量相等，这一现象称为热激发。热激发产生自由电子--空穴对。共价键由于热运动，

2、具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴在外电场的作用下，自由电子逆电场方向运动形成电子电流。价电子填补空穴的现象会在相邻原子间进行，相当于空穴顺电场方向运动形成空穴电流。自由电子和空穴在半导体中称为载流子，因为它们都具有运载电流的能力。当能量减低后，自由电子有可能又返回共价键中填补空穴而成为束缚电子，这种现象称为复合。在一定的温度下，载流子的产生与复合总在进行，并能达到一种动态平衡。两种载流子外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。本征半导体

3、中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。（一）P型半导体硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，二、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的有用杂质，半导体的导电能力会得到极大的提高。掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。在本征半导体（Si或Ge)中掺入微量的三价杂质元素（二）N型半导体磷（P）杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子在本征半导体（Si或Ge)中掺入微量五价杂质元素在本征半导体硅（S

4、i）或锗（Ge）中掺入微量的有用杂质元素掺入3价元素硼（B）掺入5价元素磷（P）每掺入一个B原子就形成一个空穴，热激发还产生一定数目的自由电子-空穴对每掺入一个P原子就形成一个自由电子，热激发还产生一定数目的自由电子-空穴对在这种杂质半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，多子由掺杂和热激发共同产生，少子仅由热激发产生在这种杂质半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，多子由掺杂和热激发共同产生，少子仅由热激发产生一、PN结的形成在同一块半导体上采用特殊的掺杂工艺分别形成P型半导体和N型半导体，P区和N区的交界面处形成的一个特殊结构就是PN结。第

5、二节PN结与半导体二极管P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++内电场E扩散运动漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂

6、移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。二、PN结的单向导电性（一）PN结正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流（二）PN结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级三、半导体二极管的结构与伏安特性（一）半导体二极管的结构PNPN阳极阴极半导体二极管是由一个PN结加上相应的引出线，外面用管壳封装而成的。P区引出线称为阳极，N区引出线称为阴极。将PN结封装，引出两个电

7、极，就构成了二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。（二）二极管的伏安特性UI反向击穿电压U(BR)死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。反向漏电流（很小，A级）四、二极管的主要参数（1）最大整流电流IoM这是二极管长时间使用时所允许通过的最大正向平均电流。当电流超过该值使用时，有可能造成PN结过热而使管子损坏。（2）最高反向工作电压URM这是二极管长期工作时允许加

8、在两端的最