电子技术教学课件 作者 王金花 王树梅 孙卫锋 第1单元 半导体器件.ppt

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1、第1单元半导体器件项目一二极管的检测与判别项目二三极管的检测与判别相关知识相关知识实训与仿真实训与仿真项目导入项目导入一、项目导入半导体器件是用半导体材料制成的电子器件，是构成各种电子电路最基本的器件。掌握半导体器件的基本知识、识别与检测是专业人员必须具备的基本知识和基本技能。晶体二极管、稳压二极管和发光二极管都是常用的半导体器件，应用十分广泛。通过对本项目的学习，应了解半导体的基础知识，理解二极管的结构、分类、工作特性和主要参数，学会常用电子仪器的使用方法，掌握二极管的识别与检测。二、相关知识（一）半导体的基础知识1．半导体的导电特性导体：电阻率小于10−4·cm的物质称为导体，载流子

2、为自由电子。导电的原因是最外层电子数通常是1～3个，且电子距原子核较远，受原子核的束缚力较小，因此，导体在常温下存在大量等。物质的结构：物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。绝缘体：电阻率大于109·cm的物质称为绝缘体。导电能力极差或不导电的原因是最外层电子数一般为6～8个，且电子距原子核较近，因此受原子核的束缚力较大而不易挣脱其束缚，常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子。常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。半导体：电阻率介于导体、绝缘体之间的物质称为半导体。因为半导体最外层电子数一般为4个，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间

3、。常用的半导体材料主要有硅(Si)、锗(Ge)等（4价元素）。半导体的应用极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的。半导体的性能：光敏性—半导体受光照后，其导电能力会大大增强。热敏性—受温度的影响，半导体的导电能力变化很大。掺杂性—在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力会大大增强。本征半导体：纯净的不含其他杂质的半导体称为本征半导体，本征半导体形成晶格完全对称的共价键结构。如图1-1所示。图1-1硅晶体中的共价键结构电子—空穴对：室温下，由于热运动，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好像空穴带正电荷一样，因此空

4、穴相当于一个带正电荷的粒子。自由电子和空穴成对出现，称为电子—空穴对。由于热运动而在晶体中产生电子—空穴对的过程称为热激发，又称本征激发；电子—空穴对成对消失的过程称为复合。如图1-2所示：图1-2热运动产生的电子—空穴对本征半导体的导电特性：在外电场作用下，本征半导体中的自由电子和空穴定向运动形成电流，电路中的电流是自由电子电流和空穴电流的和。2．杂质半导体N型半导体：在纯净的半导体中掺入5价元素，形成以自由电子导电为主的掺杂半导体，这种半导体称为N型半导体。在N型半导体中，自由电子为多数载流子，简称多子；空穴为少数载流子，简称少子。P型半导体：在纯净的半导体中掺入3价元素，形成以空穴导

5、电为主的掺杂半导体，这种半导体称为P型半导体。在P型半导体中，空穴为多数载流子，简称多子；自由电子为少数载流子，简称少子。杂质半导体：由于掺入不同的杂质，因而产生了两种不同类型的半导体——N型半导体和P型半导体，它们统称为，如图1-3所示。图1-3N型半导体和P型半导体结构示意图注意：（1）无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。（2）多数载流子是掺入杂质形成的，掺入杂质浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是热激发而产生的，温度越高，少数载流子的数量越多。3．PN结及其单向导电性PN结：采用一定的工艺措施，将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，于

6、是在两种半导体的交界面处形成了PN结。PN结的形成：（1）在P型半导体和N型半导体的交界处，由于交界面两侧载流子的浓度差别，N区的电子往P区扩散，P区的空穴往N区扩散。扩散结果是：在N区一侧因失去电子而留下带正电的离子，在P区一侧因失去空穴而留下带负电的离子，于是带电离子在交界面两侧形成空间电荷区，又称为耗尽层或阻挡层。（2）空间电荷区形成的电场叫内电场，内电场对多数载流子的运动起阻碍作用，但却有助于少数载流子的运动，少数载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，形成了稳定的PN结。PN结的形成过程如图1-4所示。图1-4PN结的形成PN结的单向导电性:

7、(1)当P区接电源正极，N区接电源负极时，称为PN结加正向电压或正向偏置。在正向电压作用下，外电场与内电场方向相反，驱使N区电子进入空间电荷区，与其中的正离子复合；驱使P区空穴进入空间电荷区，与其中的负离子复合。结果使空间电荷区变窄，有利于PN结两侧的多数载流子流过PN结形成较大的正向电流，PN结呈现低阻状态。因此PN结正向偏置时，处于导通状态。如图所示（2）当N区接电源正极，P区接电源负极时，称为PN结加反向电压或反向