第4章常用半导体器件ppt课件.ppt

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1、第4章常用半导体器件电工电子教研室2009.8第4章常用半导体器件§4.1半导体的基础知识§4.2半导体二极管§4.3稳压管§4.4半导体三极管结束基本要求：1.了解半导体基本知识和PN结的形成及其单向导电性；2.理解二极管的伏安特性，了解二极管的主要参数；3.了解硅稳压管的结构和主要参数；4.了解三极管的基本结构和电流放大作用，理解三极管的特性曲线及工作特点，了解三极管的主要参数。难点：三极管的电流放大原理以及输入、输出特性；含二极管和稳压管电路分析。重点：二极管的伏安特性；三极管的输入、输出特性及工作特点；含二极管和稳压管电路分析。第4章常用半导体

2、器件以电子器件为核心构成的电路称为电子电路。在电子器件中，由半导体材料制成的器件统称为半导体器件，它是构成各种电子电路的关键元件。半导体器件具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点，因而得到广泛应用。由半导体器件发展而成的集成电路，特别是大规模集成电路、超大规模集成电路，使电子设备在微型化、可靠性、灵活性等方面向前推进了一大步。§4.1半导体的基本知识半导体顾名思义，就是指导电能力介于导体和绝缘体之间（其电阻率在10-5～108Ω·m）的材料，如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物等。4.1.1本征半导体完全纯净的、按照一定的

3、规律整齐排列的、有晶体结构的半导体，称为本征半导体。用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子1.本征半导体激发自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发，又叫热激发。温度愈高，晶体

4、中产生的自由电子数愈多。在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流。可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。空穴移动方向电子移动方向外电场方向SiSiSiSiSiSi载流子2.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，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、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导

5、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4.1.2N型半导体和P型半导体1.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为N型半导体。SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。空位

6、2.P型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为P型半导体。SiSiSiSiSiSiSi空穴价电子填补空位B4.1.3PN结及其单向导电性1.PN结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。P区N区由浓度差，N区的电子向P区扩散,P区的空穴向N区扩散,相遇并复合掉。称为扩散运动。空

7、间电荷区－1.PN结的形成P区N区内电场的建立，形成漂移运动；随着扩散运动的进行，空间电荷区变宽，同时漂移运动增强，扩散运动减弱。当漂移运动与扩散运动达到动态平衡，形成一个空间电荷区，称为PN结。空间电荷区内电场方向＋漂移运动扩散运动继续PN结PN结2.PN结的单向导电性外加正向电压内电场方向E外电场方向RIFP区N区外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄扩散运动增强，形成较大的正向电流空间电荷区P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧

8、的空穴和自由电子移走，多数载流子的扩散运动难于进行少数载流子越过PN结形成很小的反向电流返回空