第4章4.1半導(dǎo)體基本知識

1、電子技術(shù)是研究各種半導(dǎo)體器電子技術(shù)是研究各種半導(dǎo)體器 件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。 分?jǐn)?shù)電和模電兩塊，對象分別分?jǐn)?shù)電和模電兩塊，對象分別 為離散信號和連續(xù)信號。為離散信號和連續(xù)信號。 發(fā)展：發(fā)展： 1883，愛迪生，熱電子效應(yīng)；，愛迪生，熱電子效應(yīng)； 1904，弗萊明利用此效應(yīng)制成，弗萊明利用此效應(yīng)制成 電子二極管；電子二極管； 1906，德福雷斯，三極管（放，德福雷斯，三極管（放 入第三極：柵極）入第三極：柵極） 1948，美國貝爾實驗室：晶體，美國貝爾實驗室：晶體 管；管； 1958，集成電路：材料、元件，集成電路：材料、元件 和電路三者的統(tǒng)一（在半導(dǎo)體材和

2、電路三者的統(tǒng)一（在半導(dǎo)體材 料上滲入相應(yīng)的物質(zhì)形成）。料上滲入相應(yīng)的物質(zhì)形成）。 電子管、晶體管、集成電路及電子管、晶體管、集成電路及 大規(guī)模集成電路四代。大規(guī)模集成電路四代。 應(yīng)用領(lǐng)域遍及廣播、通訊、測應(yīng)用領(lǐng)域遍及廣播、通訊、測 量、控制量、控制。 4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 一、半導(dǎo)體一、半導(dǎo)體 1 1、定義：、定義： 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體 之間的材料稱為半導(dǎo)體。之間的材料稱為半導(dǎo)體。 最常用的半導(dǎo)體為硅（最常用的半導(dǎo)體為硅（S

3、i， 14）和鍺（）和鍺（Ge，32）等。它們）等。它們 的共同特征是四價元素。的共同特征是四價元素。 + Si 2 2、半導(dǎo)體材料的特性、半導(dǎo)體材料的特性 純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差； 熱敏性：熱敏性：溫度升高溫度升高導(dǎo)電能力增導(dǎo)電能力增 強(qiáng)；強(qiáng)； 如：熱敏電阻。如：熱敏電阻。 光敏性：光敏性：光照增強(qiáng)光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增導(dǎo)電能力增 強(qiáng)；如：光敏電阻、圖像傳感器強(qiáng)；如：光敏電阻、圖像傳感器 摻雜性：摻雜性：摻入少量雜質(zhì)摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能導(dǎo)電能 力增強(qiáng)，達(dá)百萬倍。力增強(qiáng)，達(dá)百萬倍。 二、本征半導(dǎo)體二、本征半導(dǎo)體 1 1、定義：、定義： 經(jīng)過高度提純的單一晶格結(jié)構(gòu)的硅經(jīng)過高

4、度提純的單一晶格結(jié)構(gòu)的硅 或鍺原子構(gòu)成的晶體；或鍺原子構(gòu)成的晶體； 或者說，完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)或者說，完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu) 的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。 2 2、導(dǎo)電性能、導(dǎo)電性能 ： （1）價電子與共價鍵；）價電子與共價鍵； 共價鍵共價鍵 每一原子的一個價每一原子的一個價 電子與另一原子的一電子與另一原子的一 個價電子組成一個電個價電子組成一個電 子對。構(gòu)成共價鍵的子對。構(gòu)成共價鍵的 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 （2）自由電子與空穴：）自由電子與空穴： 價電子受到激發(fā)價電子受到激發(fā) （如：熱和光），（如：熱和光）， 形成自由電子并留形成自由電子并留 下空穴；下空穴； 硅原子硅原子 共價鍵共價鍵 價電子價電子

5、 空穴空穴 受溫度的電離現(xiàn)受溫度的電離現(xiàn) 象稱熱激發(fā)；象稱熱激發(fā)； 自由電子和空自由電子和空 穴同時產(chǎn)生；穴同時產(chǎn)生； 空穴表示該位置缺少一個電子，空穴表示該位置缺少一個電子， 丟失電子的原子顯正電，稱為正離丟失電子的原子顯正電，稱為正離 子；子； 自由電子又可以回到空穴的位自由電子又可以回到空穴的位 置上，使離子恢復(fù)中性，這個過置上，使離子恢復(fù)中性，這個過 程叫復(fù)合。程叫復(fù)合。 半導(dǎo)體中的自由電子和空穴都半導(dǎo)體中的自由電子和空穴都 能參與導(dǎo)電能參與導(dǎo)電半導(dǎo)體具有兩種載半導(dǎo)體具有兩種載 流子。流子。 （3）電子電流與空穴電流）電子電流與空穴電流 前提：在外電場的作用下。前提：在外電場的作用下。

6、 空穴電流：空穴電流： 有空穴的原子可以吸引相鄰原子有空穴的原子可以吸引相鄰原子 中的價電子（不是自由電子），填中的價電子（不是自由電子），填 補(bǔ)這個空穴。補(bǔ)這個空穴。 同時，在失去了一個價電子的相同時，在失去了一個價電子的相 鄰原子的共價鍵中出現(xiàn)另一個空穴；鄰原子的共價鍵中出現(xiàn)另一個空穴； 就好象空穴在就好象空穴在 運動。而空穴運運動。而空穴運 動的方向與價電動的方向與價電 子運動的方向相子運動的方向相 反，因此，空穴反，因此，空穴 運動相當(dāng)于正電運動相當(dāng)于正電 荷的運動。荷的運動。 空穴 價電子 電子電流：電子電流： 自由電子的定向移動。自由電子的定向移動。 三、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、雜質(zhì)半導(dǎo)體

7、本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空 穴兩種載流子，但由于數(shù)目極少導(dǎo)穴兩種載流子，但由于數(shù)目極少導(dǎo) 電能力仍然很低。電能力仍然很低。 摻雜后的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大摻雜后的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大 大增強(qiáng)。雜質(zhì)電離大增強(qiáng)。雜質(zhì)電離 根據(jù)摻雜（某種元素根據(jù)摻雜（某種元素 ）不同，可）不同，可 分為：分為：NN和和P P兩種類型半導(dǎo)體。兩種類型半導(dǎo)體。 1 1、NN型半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體（NN：negatronnegatron電子）電子） 在硅或鍺晶體中摻入磷（砷等其在硅或鍺晶體中摻入磷（砷等其 它五價元素），稱為它五價元素），稱為NN型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 特點：特點： 多余電子多余電子

8、 Si Si Si Si Si SiP形成了大量自形成了大量自 由電子。由電子。 同時，也抑制了空穴的形成。同時，也抑制了空穴的形成。 因此，形成以自由電子導(dǎo)電為因此，形成以自由電子導(dǎo)電為 主要導(dǎo)電方式，故又稱為：電子主要導(dǎo)電方式，故又稱為：電子 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 電子是多數(shù)載流子（多子）；電子是多數(shù)載流子（多子）； 空穴是少數(shù)載流子（少子）?？昭ㄊ巧贁?shù)載流子（少子）。 室溫情況下（室溫情況下（2727度），本征硅中：度），本征硅中： n n0 0=p=p0 01.51.5 101010 10/cm /cm3 3，當(dāng)磷摻雜量在，當(dāng)磷摻雜量在10106 6 量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬

9、倍量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍 2 2、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中滲入硼（鋁等其在硅或鍺晶體中滲入硼（鋁等其 它三價元素），稱為它三價元素），稱為P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 特點：特點： Si Si Si Si Si SiB 空穴空穴 形成了大量空形成了大量空 穴；穴； 同時，也抑制了同時，也抑制了 自由電子的形成。自由電子的形成。 注意：注意： 不論是不論是NN型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P P型半型半 導(dǎo)體，都只有一種多數(shù)載流子。導(dǎo)體，都只有一種多數(shù)載流子。 整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性 的。的。 四、四、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?NN、P

10、P型半導(dǎo)體雖然導(dǎo)電能力增加，型半導(dǎo)體雖然導(dǎo)電能力增加， 但并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件但并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件 只是有了材料；只是有了材料； 通常是在一塊晶片兩邊分別形成通常是在一塊晶片兩邊分別形成P P 型和型和NN型半導(dǎo)體，在交界處形成型半導(dǎo)體，在交界處形成PNPN 結(jié)這才是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件結(jié)這才是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件 的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 1 1、PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊晶片兩邊分別形成在一塊晶片兩邊分別形成P P型和型和NN 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 P N 自由電子自由電子 空穴空穴 擴(kuò)散擴(kuò)散 擴(kuò)散擴(kuò)散 P P、NN區(qū)的空穴、自由電子濃度差區(qū)的空穴、自由電子濃度差 形成多子的擴(kuò)

11、散運動。形成多子的擴(kuò)散運動。 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 擴(kuò)散形成耗盡擴(kuò)散形成耗盡 層電阻率層電阻率 高，但不導(dǎo)電；高，但不導(dǎo)電； 耗盡了載流子的交界處留下不可耗盡了載流子的交界處留下不可 移動的離子形成空間電荷區(qū)構(gòu)移動的離子形成空間電荷區(qū)構(gòu) 成內(nèi)電場，成內(nèi)電場，P P為負(fù)，為負(fù)，NN為正。為正。 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 內(nèi)電場內(nèi)電場 內(nèi)電場阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散。內(nèi)電場阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散。 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 漂移漂移漂移漂移 P P、NN區(qū)的區(qū)的 自由電子、空自由電子、空 穴在內(nèi)電場的穴在內(nèi)電場的 作用下形成少作用下形成少 子的漂移運動。子的漂移運動。 擴(kuò)散和漂移的動態(tài)平衡形成了擴(kuò)散和漂移的動態(tài)平衡形成了PNP

12、N 結(jié)結(jié) 2 2、PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?加正向電壓：外加正向電壓：外 電源的正端接電源的正端接P P區(qū)，區(qū)， 負(fù)端接負(fù)端接NN區(qū)。區(qū)。 PN 內(nèi)電場方向 外電場方向 + I 變窄變窄 破壞了擴(kuò)散與漂移運動的平衡。破壞了擴(kuò)散與漂移運動的平衡。 內(nèi)電場變窄、變?nèi)?，擴(kuò)散變強(qiáng)，漂內(nèi)電場變窄、變?nèi)?，擴(kuò)散變強(qiáng)，漂 移變?nèi)?。移變?nèi)酢?在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)， 外電場愈強(qiáng)，正向外電場愈強(qiáng)，正向 電流愈大，這時電流愈大，這時PNPN 結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。 電流包括空穴電流和電流包括空穴電流和 電子電流兩部分。電子電流兩部分。 外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，外電源不斷地向半導(dǎo)體

13、提供電荷， 使電流得以維持。使電流得以維持。 PN 內(nèi)電場方向 外電場方向 + I 變窄變窄 加反向電壓：外加反向電壓：外 電源的負(fù)端接電源的負(fù)端接P P區(qū)，區(qū)， 正端接正端接NN區(qū)。區(qū)。 外電場與內(nèi)電場外電場與內(nèi)電場 方向一致，破壞了方向一致，破壞了 擴(kuò)散與漂移運動的擴(kuò)散與漂移運動的 平衡。平衡。 PN 內(nèi)電場方向 外電場方向 + I0 變寬變寬 由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此 反向電流不大，即反向電流不大，即PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向結(jié)呈現(xiàn)的反向 電阻很高。電阻很高。 結(jié)論：結(jié)論： PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦浴?加正向電壓時，加正向電壓時，PNPN結(jié)電阻很

14、低結(jié)電阻很低 正向電流較大導(dǎo)通狀態(tài)；正向電流較大導(dǎo)通狀態(tài)； 加反向電壓時，加反向電壓時，PNPN結(jié)電阻很高，結(jié)電阻很高， 反向電流很小截止?fàn)顟B(tài)。反向電流很小截止?fàn)顟B(tài)。 4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 一、基本結(jié)構(gòu)和類型一、基本結(jié)構(gòu)和類型 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管 殼，就成為半導(dǎo)體二極管。殼，就成為半導(dǎo)體二極管。 從從P區(qū)引出的電極稱為陽極（正區(qū)引出的電極稱為陽極（正 極）；極）； 從從N區(qū)引出的電極稱為陰極（負(fù)區(qū)引出的電極稱為陰極（負(fù) 極）。極）

15、。 2 2、類型、類型 按結(jié)構(gòu)分：點接觸型和面接觸型。按結(jié)構(gòu)分：點接觸型和面接觸型。 點接觸型：一般為鍺管，點接觸型：一般為鍺管，PN結(jié)結(jié) 結(jié)面積很小，不能通過較大電流，結(jié)面積很小，不能通過較大電流， 但其高頻性能好，故一般適用于高但其高頻性能好，故一般適用于高 頻和小功率的工作，也用作數(shù)字電頻和小功率的工作，也用作數(shù)字電 路中的開關(guān)元件。路中的開關(guān)元件。 面接觸型：面接觸型：PNPN結(jié)結(jié)面積大；可結(jié)結(jié)面積大；可 通過較大電流（可達(dá)上千安培），通過較大電流（可達(dá)上千安培）， 其工作頻率較低一般用作整流。其工作頻率較低一般用作整流。 根據(jù)其不同用途：可分為檢波二根據(jù)其不同用途：可分為檢波二 極管

16、、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、 開關(guān)二極管等。開關(guān)二極管等。 3 3、符號（、符號（D D） P P N N 二、伏安特性二、伏安特性 指流過二極管的電流指流過二極管的電流 與兩端電壓的關(guān)系。與兩端電壓的關(guān)系。 特性曲線：特性曲線： U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 (A) 40 20二極管的伏安特性是二極管的伏安特性是 非線性的，大致可分為非線性的，大致可分為 四個區(qū)：四個區(qū)： 死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向 截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。 U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40

17、 60 (A) 40 20 死區(qū)死區(qū) 死區(qū)：死區(qū)： 當(dāng)外加正向電壓很低時，當(dāng)外加正向電壓很低時， 由于外電場還不能克服由于外電場還不能克服 PNPN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流 子擴(kuò)散運動的阻力，故正子擴(kuò)散運動的阻力，故正 向電流很小，幾乎為零。向電流很小，幾乎為零。 通常硅管的死區(qū)電壓約為通常硅管的死區(qū)電壓約為0.5V0.5V，鍺，鍺 管約為管約為0.1V0.1V。 正向?qū)▍^(qū)正向?qū)▍^(qū) ： 當(dāng)外加正向電壓死區(qū)電當(dāng)外加正向電壓死區(qū)電 壓時，二極管變?yōu)閷?dǎo)通；壓時，二極管變?yōu)閷?dǎo)通； U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 (A) 40 20 導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)

18、電流將急劇增加（指數(shù)電流將急劇增加（指數(shù) 關(guān)系），而二極管的電壓關(guān)系），而二極管的電壓 卻幾乎不變，此時，二極卻幾乎不變，此時，二極 管的電壓稱為正向?qū)▔汗艿碾妷悍Q為正向?qū)▔?降。降。 硅管：硅管：0.60.7V0.60.7V；鍺管：；鍺管：0.20.3V0.20.3V。 反向截止區(qū)反向截止區(qū) ： 在二極管上加反向在二極管上加反向 電壓時，少數(shù)載流子電壓時，少數(shù)載流子 的漂移運動形成很小的漂移運動形成很小 的反向電流。的反向電流。 U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 (A) 40 20 反向反向 截止區(qū)截止區(qū) 反向飽和電流：反向飽和電流： 隨溫度的上升增

19、長很快；隨溫度的上升增長很快； 在反向電壓不超過某一范圍，反向電流在反向電壓不超過某一范圍，反向電流 的大小基本恒定。的大小基本恒定。 反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū) ： 擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。 U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 (A) 40 20 反向反向 擊穿區(qū)擊穿區(qū) 擊穿的原因擊穿的原因 ： 雪崩式電離：處于強(qiáng)雪崩式電離：處于強(qiáng) 電場中的載流子獲得足電場中的載流子獲得足 夠大的能量碰撞晶格而夠大的能量碰撞晶格而 將價電子碰撞出來，產(chǎn)將價電子碰撞出來，產(chǎn) 生電子空穴對，形成連生電子空穴對，形成連 鎖反應(yīng)；鎖反應(yīng)； 臨界電壓稱反向擊臨界電壓稱

20、反向擊 穿電壓。穿電壓。 另一原因：強(qiáng)電場直接將共價鍵中另一原因：強(qiáng)電場直接將共價鍵中 的價電于拉出來，產(chǎn)生電子空穴對，的價電于拉出來，產(chǎn)生電子空穴對， 形成較大的反向電流。形成較大的反向電流。 U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 (A) 40 20 反向反向 擊穿電擊穿電 壓壓 理想二極管：理想二極管： 正向壓降為正向壓降為0 0； 反向電流為反向電流為0 0。 三、主要參數(shù)三、主要參數(shù) 1 1、最大整流電流、最大整流電流I ICM CM 整流是二極管重要應(yīng)用之一。整流是二極管重要應(yīng)用之一。 指二極管長時間使用時，允許流指二極管長時間使用時，允許流 過二極

21、管的最大正向平均電流。過二極管的最大正向平均電流。 2 2、最高反向電壓、最高反向電壓U URM RM 保證二極管不被擊穿而給出的反保證二極管不被擊穿而給出的反 向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓 的一半或三分之二。的一半或三分之二。 3 3、最大反向電流、最大反向電流I IRM RM 加最高反向工作電壓時的反向電加最高反向工作電壓時的反向電 流值，受溫度的影響很大。流值，受溫度的影響很大。 反向電流越小，二極管的單向?qū)Х聪螂娏髟叫。O管的單向?qū)?電性能越好；電性能越好； 硅管的反向電流較小，一般在幾硅管的反向電流較小，一般在幾 個微安以下；個微安以下； 鍺管的反向

22、電流較大為硅管的幾鍺管的反向電流較大為硅管的幾 十到幾百倍。十到幾百倍。 4 4、此外、此外 最高工作頻率、結(jié)電容值、工作最高工作頻率、結(jié)電容值、工作 溫度、微變電阻等。溫度、微變電阻等。 四、應(yīng)用四、應(yīng)用 應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它 的單向?qū)щ娦?。的單向?qū)щ娦浴?可用于整流、檢波、元件保護(hù)以可用于整流、檢波、元件保護(hù)以 及在脈沖與數(shù)字電路中作為開關(guān)元及在脈沖與數(shù)字電路中作為開關(guān)元 件。件。 例如：例如： 圖示的電路中，已知：圖示的電路中，已知： u ui i=30sintV=30sintV，二極管的正向壓，二極管的正向壓 降可忽略不計，試分別畫出輸出降可忽略不計

23、，試分別畫出輸出 電壓電壓u u0 0的波形。的波形。 R D R + - - uiu0u0 D + - - ui + - - + - - 4 0 t i u 2 0 u 0 t 2 時截止 時導(dǎo)通 0 , 0 0 , 0 i ii uD uDu u R + - - ui u0 D + - - 4 0 t i u 2 D R u0 + - ui + - 時導(dǎo)通 時截止 0 , 0 0 , 0 i ii uD uDu u 0 t 0 u 2 例例2 2：在圖中，求輸：在圖中，求輸 出端出端F F的電位的電位U UF F=?=?。 解：解： A3V B0VF -12V 因為因為A端電位比端電位比B

24、端電位高，端電位高， 所以，所以，DA優(yōu)先導(dǎo)通。優(yōu)先導(dǎo)通。 設(shè)二極管的正向壓降是設(shè)二極管的正向壓降是0.3V，則：，則： UF=2.7V。DA起鉗位作用。起鉗位作用。 DB上加的是反向電壓，截止，起上加的是反向電壓，截止，起 隔離作用。隔離作用。 五、特殊二極管五、特殊二極管 1、穩(wěn)壓管、穩(wěn)壓管 結(jié)構(gòu)：是一種用特殊工藝制結(jié)構(gòu)：是一種用特殊工藝制 成的面接觸型硅二極管；成的面接觸型硅二極管； 作用：穩(wěn)壓；作用：穩(wěn)壓； 工作原理工作原理 ：工作在反向擊穿：工作在反向擊穿 區(qū)，為電擊穿；區(qū)，為電擊穿； 穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路 ： Z D R是限流電阻是限流電阻RL是負(fù)載電阻是負(fù)載電

25、阻 R Z D L R 0 U i U 伏安特性：反向擊穿特性比普通伏安特性：反向擊穿特性比普通 二極管的要陡些。二極管的要陡些。 主要參數(shù)主要參數(shù) ： 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管在正常工穩(wěn)壓管在正常工 作時管子兩端的電壓。作時管子兩端的電壓。 其數(shù)值具有分散性，這也是很多其數(shù)值具有分散性，這也是很多 半導(dǎo)體器件的共性，易受溫度影響；半導(dǎo)體器件的共性，易受溫度影響； 須采用措施改進(jìn)。須采用措施改進(jìn)。 此外，還有：穩(wěn)定電流此外，還有：穩(wěn)定電流IZ 、電壓、電壓 溫度系數(shù)溫度系數(shù)Z 、動態(tài)電阻、動態(tài)電阻rZ 、最大允、最大允 許耗散功率許耗散功率PZM 等。等。 2、光敏二極管、光敏二極管 利用半

26、導(dǎo)體的光敏特性制成；利用半導(dǎo)體的光敏特性制成； 當(dāng)光線輻射于當(dāng)光線輻射于PN結(jié)時，它的反結(jié)時，它的反 向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)，向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)， 又稱：光電二極管。又稱：光電二極管。 符號：符號： D 可以用來做為光可以用來做為光 控元件，如：流水控元件，如：流水 線計件。線計件。 3、發(fā)光二極管、發(fā)光二極管 用砷化鎵、磷化用砷化鎵、磷化 鎵等制成，通以電鎵等制成，通以電 流將會發(fā)出光來流將會發(fā)出光來 電子和空穴復(fù)合電子和空穴復(fù)合 而發(fā)出，不同的物而發(fā)出，不同的物 質(zhì)，不同的顏色。質(zhì)，不同的顏色。 符號：符號：D 死區(qū)電壓比死區(qū)電壓比 普通二極管高。普通二極管高。 發(fā)光二極管

27、常發(fā)光二極管常 用來做顯示器用來做顯示器 件。件。 4、變?nèi)荻O管、變?nèi)荻O管 PN結(jié)反向偏置時結(jié)電容隨反向結(jié)反向偏置時結(jié)電容隨反向 電壓變化而有較大的變化。電壓變化而有較大的變化。 常作為調(diào)諧電容使用改變常作為調(diào)諧電容使用改變 其反向電壓以調(diào)節(jié)其反向電壓以調(diào)節(jié)LC諧振回路諧振回路 的振蕩頻率。的振蕩頻率。 作業(yè)：作業(yè)：P1994.5 4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 半導(dǎo)體三極管是最重要的一種半導(dǎo)體三極管是最重要的一種 半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電 子電路中。子電路

28、中。 具有放大和開關(guān)作用，由兩種載具有放大和開關(guān)作用，由兩種載 流子導(dǎo)電，又稱雙極型三極管。流子導(dǎo)電，又稱雙極型三極管。 一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu) 平面型和合金型兩種：平面型和合金型兩種： C N型硅型硅 P型型N型型 二氧化硅保護(hù)膜二氧化硅保護(hù)膜 B E 平面型結(jié)構(gòu)平面型結(jié)構(gòu) N型鍺型鍺 銦球銦球 銦球銦球 P型型 P型型 C E B 合金型結(jié)構(gòu)合金型結(jié)構(gòu) 平面型都是硅管平面型都是硅管 合金型主要是鍺管合金型主要是鍺管 N N P 都具有都具有NPN或或PNP的三層兩結(jié)的三層兩結(jié) 的結(jié)構(gòu)，因而又有的結(jié)構(gòu)，因而又有NPN和和PNP兩兩 類晶體管。類晶體管。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)

29、射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) C B E B E C P P N 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) C B EB E C 二、伏安特性二、伏安特性 NPN型和型和PNP型晶體管的工作原型晶體管的工作原 理類似，僅在使用時電源極性聯(lián)接理類似，僅在使用時電源極性聯(lián)接 不同而已。以不同而已。以NPN型晶體管為例。型晶體管為例。 1、晶體管電路、晶體管電路 三極管的三個電極之間可以組成三極管的三個電極之間可以組成 不同的輸入回路和輸出回路，因此，不同的輸入回路和輸出回路，因此， 可分為：可分為：共發(fā)射極電路，共集電極共發(fā)射極電路，共集電極 電路和共基極電路電路和共基極電

30、路。 2、電流放大原理（共射電路）、電流放大原理（共射電路） B C E 共射電路共射電路 改變可變電阻改變可變電阻 R RB B，基極電流，基極電流I IB B， 集電極電流集電極電流I IC C和發(fā)和發(fā) 射極電流射極電流I IE E都發(fā)生都發(fā)生 變化。變化。 mA IC mA IE IB uA EC EB E EC CE EC C 實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象： I IE EI IC CI IB B； B C E mA IC mA IE IB uA EC EB 當(dāng)當(dāng)I IB B0 0（基極開（基極開 路）時，路）時，I IC C I ICEO CEO也 也 很小，約為很小，約為1 1微安以微安以 下

31、，稱為穿透電流。下，稱為穿透電流。 I IC C或或I IE E比比I IB B大得大得 多，且相對衡定，多，且相對衡定， 這就是電流放大這就是電流放大 作用，作用， I IB B 的微小的微小 變化可以引起變化可以引起I IC C 的較大變化的較大變化 。 放大原理：放大原理： B C E mA IC mA IE IB uA EC EB 外部條件外部條件 發(fā)射結(jié)必須正向發(fā)射結(jié)必須正向 偏置、集電結(jié)必偏置、集電結(jié)必 須反向偏置。須反向偏置。 內(nèi)部載流子運動規(guī)律內(nèi)部載流子運動規(guī)律 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子：發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子：發(fā)射結(jié) 處于正向偏置，摻雜濃度較高的發(fā)處于正向偏置，摻雜濃度較高的

32、發(fā) 射區(qū)向基區(qū)進(jìn)行多子擴(kuò)散。射區(qū)向基區(qū)進(jìn)行多子擴(kuò)散。 電子在基區(qū)的擴(kuò)散和電子在基區(qū)的擴(kuò)散和 復(fù)合復(fù)合 ：基區(qū)厚度很小，：基區(qū)厚度很小， 電子在基區(qū)繼續(xù)向集電電子在基區(qū)繼續(xù)向集電 結(jié)擴(kuò)散，但有少部分與結(jié)擴(kuò)散，但有少部分與 空穴復(fù)合而形成空穴復(fù)合而形成I IBE BE I IB B。 。 N N P 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) C B E 集電區(qū)收集擴(kuò)散電子集電區(qū)收集擴(kuò)散電子 ：形成集：形成集 電極電流（電極電流（I ICE CE I IC C ） ） 放大作用的內(nèi)部條件：基區(qū)很薄放大作用的內(nèi)部條件：基區(qū)很薄 且摻雜濃度很低。且摻雜濃度很低。 3、伏安特性、伏

33、安特性 反映了三極反映了三極 管的性能，是分管的性能，是分 析三極管電路的析三極管電路的 重要依據(jù)。重要依據(jù)。 （1）輸入特性：）輸入特性： 是是UCE常數(shù)時，常數(shù)時，IB 和和UBE 之間之間 的關(guān)系。的關(guān)系。 B C E mA IC mA IE IB uA EC EB 與二極管正向與二極管正向 特性一致。特性一致。 B C E mA IC mA IE IB uA EC EB 0 0.4 20 0.8 40 60 80 UBE(V) IB(A) UCE1V UCE0時，兩時，兩 個個PN結(jié)并聯(lián)；結(jié)并聯(lián)； UCE0時，曲線時，曲線 右移右移 ； 0 0.4 20 0.8 40 60 80 UB

34、E(V) IB(A) UCE1V UCE 1V時，集電時，集電 結(jié)已處于反向偏置，結(jié)已處于反向偏置， 發(fā)射結(jié)正向偏置所發(fā)射結(jié)正向偏置所 形成電流的絕大部形成電流的絕大部 分將形成分將形成IC； UCE增大，增大，IB不會明顯減小，所以，不會明顯減小，所以， 這種情況下的的輸入曲線基本重合，這種情況下的的輸入曲線基本重合， 常只畫一條。常只畫一條。 硅硅NPN管管UBE=0.60.7V；鍺；鍺PNP管管 UBE= 0.2 0.3V。 （2）輸出特性：）輸出特性： 當(dāng)當(dāng)IB為常數(shù)時，為常數(shù)時， IC和和 UCE 之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。 B C E mA IC mA IE IB uA EC

35、 EB 不同的不同的IB可以可以 得到不同的得到不同的 IC 和和UCE 間曲線。間曲線。 UCE超過約超過約1V 再繼續(xù)增加時，再繼續(xù)增加時， IC的增加將不再的增加將不再 明顯。這是晶體明顯。這是晶體 管的恒流特性。管的恒流特性。 當(dāng)當(dāng)IB增加時，自由電子數(shù)增加，增加時，自由電子數(shù)增加， 相應(yīng)的相應(yīng)的IC也增加，曲線上移。也增加，曲線上移。 通常分三個區(qū)通常分三個區(qū) 特性曲線進(jìn)于特性曲線進(jìn)于 水平的區(qū)域。在水平的區(qū)域。在 放大區(qū)，也稱線放大區(qū)，也稱線 性區(qū)。性區(qū)。IB和和IC有有 相對固定的關(guān)系，相對固定的關(guān)系， 即電流放大系即電流放大系 數(shù)數(shù) ： 放大區(qū)：（模擬）放大區(qū)：（模擬） B C

36、 I I B C I I 靜態(tài)和動態(tài)電流放大系數(shù)意義不同，靜態(tài)和動態(tài)電流放大系數(shù)意義不同， 但多數(shù)情況下近似相等。但多數(shù)情況下近似相等。 說明：說明： 輸出特性曲線是非線性的，只有在輸出特性曲線是非線性的，只有在 曲線的等距平直部分才有較好的線性曲線的等距平直部分才有較好的線性 關(guān)系，關(guān)系，IC與與IB成正比，成正比，也可認(rèn)為是基也可認(rèn)為是基 本恒定的。本恒定的。 制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具 有一定的離散性。有一定的離散性。 IB0曲線以下區(qū)曲線以下區(qū) 域，域，IC ICEO； 截止區(qū)截止區(qū)： 對于硅管當(dāng)對于硅管當(dāng)UBE 0.5V時即開始截時即開始截 止。為了可靠截止常使止。為了可靠截止常使UBE 0。 截止時兩個截止時兩個PN 結(jié)都反向偏置。結(jié)都反向偏置。 當(dāng)當(dāng)UCE UBE時，時， 集電結(jié)處于正向偏集電結(jié)處于正向偏 置，晶體管工作于置，晶體管工作于 飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)。 飽和區(qū)飽和區(qū)： 在飽和區(qū)，在飽和區(qū)，IB的的 變化對變化對IC影響較小，影響較小， 失去放大作用。失去放大作用。 發(fā)射結(jié)、集電發(fā)射結(jié)、集電 結(jié)均處于正偏。結(jié)均處于正偏。 各態(tài)偏置情況各態(tài)偏置情況： 要求能對晶要求能對晶