电工与电子技术 教学课件 作者 焦阳 第7章 半导体器件基础.ppt

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1、第七章半导体器件基础内容提要半导体器件是电子电路的核心器件。本章首先介绍了半导体的基本知识，然后讲述了两种常用半导体器件（半导体二极管和半导体三极管）的工作原理和基本特性。本着“管为路用”的原则，在了解其基本原理的基础上，重点掌握它们的应用。7.1半导体的基础知识导体：金属一般都是导体。绝缘体（电介质）：如橡胶、塑料和陶瓷等。半导体：导电特性介于导体和绝缘体之间，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。物体7.1.1半导体的导电特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质

2、，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强一、半导体的主要特征二、本征半导体纯净的半导体称为本征半导体。硅或锗的晶体结构共价键价电子共有化，形成共价键的晶体结构1、内部结构电子-空穴对的形成半导体中有两种载流子:自由电子和空穴自由电子空穴2、导电机理在外电场作用下，电子的定向移动形成电流++++++++--------外电场在外电场

3、作用下，空穴的定向移动形成电流++++++++--------外电场电子电流和空穴电流相等，并且它们之和为总的导电电流。注意：3.由于热激发可产生电子和空穴，因此本征半导体的导电特性和温度有关，对温度很敏感。总结1.本征半导体中载流子为电子和空穴;2.电子和空穴成对出现，浓度相等；三、杂质半导体1、N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），就形成了N型半导体。电子---多子；空穴---少子。2、P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），就形成了P型半导体。空穴---多子；电子---少子。注意

4、杂质半导体中，多子的浓度取决于掺杂原子的浓度；少子的浓度取决于温度。abc1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba一、PN结的形成P区N区7.1.2PN结在交界面，由于两种载流子的浓度差，出现多子的扩散运动。N区P区在交界面，由于多子的扩散运动,经过复

5、合,出现空间电荷区（又称耗尽层）空间电荷区耗尽层N区P区当多子的扩散与少子的漂移达到动态平衡（扩散电流等于漂移电流），形成PN结。PN结内电场（N区指向P区）N区P区3.当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，形成PN结。总结1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;二、PN结的单向导电性1、外加正向电压P区接电源正极，N区接电源负极，又称正向偏置。U内电场外电场外电场抵消内电场的作用，使耗尽层变窄，形成较大的扩散电流，PN结导通。UU2、外加反向电压外电场和内电场共同

6、作用，使耗尽层变宽，形成很小的少子的漂移电流，PN结截止。7.2半导体二极管7.2.1基本结构1、内部结构PN阳极阴极核心部分2、图形符号3、分类硅管按材料锗管按PN结的结构点接触型面接触型VDVS7.2.2伏安特性正向特性特点：非线性反向特性反向击穿电压UBRIUABCO死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V导通管压降，硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V7.2.3主要参数1.最大整流电流IFM2.最大反向工作电压URM二极管长期运行时允许通过的最大平均电流。二极管工作时允许加的最大反向电压，通常

7、为击穿电压UBR的一半或三分之二。半导体的参数是对其特性和极限应用的定量描述，是设计电路时选择器件的主要依据。3.最大反向电流IRMUI为了分析问题方便，用线性化的等效模型来代替二极管。1、二极管等效电路（1）理想二极管模型7.2.4应用举例导通，且导通管压降截止UI（2）非理想二极管模型截止导通，且导通管压降（硅管）（锗管）ttuo0ui0Dui＋－uo＋－RL【例1】画出二极管电路的输出波形（设UD=0）。二极管整流2、应用【例2】画出二极管电路的输出波形（设UD=0.7V）0.7V0.7V-3V二

8、极管限幅7.3稳压管7.3.1伏安特性稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。稳压管的图形符号VSIZ7.3.2主要参数①稳定电压UZUZ是指稳压管击穿后正常工作时，管子两端的电压值。②稳压电流IZIZ是稳压管正常工作时的参考电流。电流小于此值时，稳压二极管将失去稳压作用。也记作IZmin③额定功耗PZMIZM即IZmax④动态电阻rZrZ越小，稳压性能越好。稳压管的稳压条件稳压管正向工作时和二极管的特性完全相同。必须工作在反向击穿状态；流过