第1章半导体器件课件.ppt

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1、第1章半导体器件§1半导体的导电特性§2半导体二极管§3双极晶体管一、本征半导体的导电特性现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子Ge锗原子§1半导体的导电特性硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。绝对零度时绝缘，常温（300K）下，本征半导体的导电能力很弱。内部载流子为电子（-）和空穴（+）对μA+–表示电子表示空穴半导体的导电特性热敏性和光敏性半导体的导电能力在环境温度升高或光照加强时随之增强掺杂性在纯净的半导体中掺入微量杂质后

2、，半导体的导电能力显著提高二、掺杂半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。N型半导体（主要载流子为电子，电子型半导体）P型半导体（主要载流子为空穴，空穴型半导体）1.N型半导体（negativetype）多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi硅或锗+少量磷N型半导体自由电子是多数载流子（多子）　　　空穴是少数载流子（少子）空穴2.P型半导体（positivetype）硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴是多数载流子（多子）　　　　　自由电子是少数载流子（少子）硅或锗+少量硼P型半导体掺杂半导体的示意表示法－－－－

3、－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体通过控制掺杂内容和掺杂量，可以控制半导体内主要的导电机构和导电能力。1.PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结（也叫耗尽层、高阻层、势垒区、阻挡层）。三、PN结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PN结处载流子的运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽,PN结

4、处载流子的运动漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。内电场同时阻碍扩散运动。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动所以扩散和漂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。1.PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流

5、子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结（也叫耗尽层、高阻层、势垒区、阻挡层）。三、PN结动态平衡时的空间电荷区，就是PN结。PN结的应用半导体（TE）制冷不需机械传动，不需管道和压缩机，不用制冷剂，没有噪声，结构紧凑坚固，价格又便宜，用在不能采用常规制冷的地方。珀耳帖（Peltier）效应塞贝克效应=汤姆孙效应+珀耳帖效应【应用】：1.温差电偶（热电偶），测温。测量范围广，灵敏度、准确度高，敏感面和热容量小；2.温差电堆（热电堆），可用作电源；3.半导体制冷。光电池和太阳能电池－－－－++++PN10-7mU内电场E－+2.PN结的单向导电性PN结加上正向电压、

6、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。PN结正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散漂移，正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流PN结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量漂移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级PN结的单向导电性是构成各种半导体器件的基础PN结正向偏置时低阻导通PN结反向偏置时高阻截止§2半导体二极管（diode）一、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号阳极阴极二、伏安特性1.正向

7、特性2.反向特性UI导通压降:硅管0.6～0.7V,锗管0.2～0.3V。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）三、静态电阻Rd，动态电阻rDUQIQUS+-R静态工作点Q（UQ，IQ）静态电阻Rd，动态电阻rD静态电阻：Rd=UQ/IQ（非线性）动态电阻：rD=UQ/IQ在工作点Q附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为微变等效电阻iuIQUQQIQUQ例：二极管的应用（设RC时间常数很小）RRLuiuRuotttuiuRuoC三、二极管的主要参数用来说明管子的性能和使用时应受到的限制，保证正确、安全地使用

8、最大整流电