《常用半導(dǎo)體器》ppt課件

1、半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體資料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最根本的元件。7.1.1 PN結(jié)結(jié)熱激發(fā)產(chǎn)生自在電子和空穴室溫下，由于熱運動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自在電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。每個原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間經(jīng)過共價鍵嚴密結(jié)合在一同。兩個相鄰原子共用一對電子?？昭ㄟ\動與自在電子的運動不同有了空穴，臨近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到臨近共價鍵中。新的空穴又會被臨近的價電子

2、填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負電荷的自在電子和帶正電荷的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自在電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又能夠重新結(jié)合而成對消逝，稱為復(fù)合。在一定溫度下自在電子和空穴維持一定的濃度。在純真半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電才干將大大加強。在純真半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵構(gòu)造中，由于存在多余的價電子而產(chǎn)生大量自在電子，這種半導(dǎo)體主要靠自在電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自在電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)構(gòu)成的空穴為少數(shù)載流子。自在電子

3、 多數(shù)載流子簡稱多子空 穴少數(shù)載流子簡稱少子在純真半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只需3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵構(gòu)造中，由于短少價電子而構(gòu)成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)構(gòu)成的自在電子是少數(shù)載流子。自在電子 多數(shù)載流子簡稱多子空 穴少數(shù)載流子簡稱少子P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少決議于溫度。u半導(dǎo)體中載流子有分散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電

4、場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導(dǎo)體中，假設(shè)載流子濃度分布不均勻，由于濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為分散運動。u將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將構(gòu)成一個特殊的薄層 PN結(jié)。P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū)PN 結(jié)及其內(nèi)電場內(nèi)電場方向P 區(qū) N 區(qū)載流子的擴散運動 多子分散 構(gòu)成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場 少子漂移 分散與漂移到達動態(tài)平衡構(gòu)成一定寬度的PN結(jié)u外加正向電壓也叫正向偏置u外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場減弱，分散運動大大超越漂移運動，N區(qū)電子不斷分散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷分散到N區(qū)，構(gòu)成較大的正向電流，這時

5、稱PN結(jié)處于導(dǎo)通形狀。空間電荷區(qū)變窄E R內(nèi)電場外電場PNIFE R內(nèi)電場外電場空間電荷區(qū)變寬PNIRu外加反向電壓也叫反向偏置u外加電場與內(nèi)電場方向一樣，加強了內(nèi)電場，多子分散難以進展，少子在電場作用下構(gòu)成反向電流 IR，由于是少子漂移運動產(chǎn)生的， IR很小，這時稱PN結(jié)處于截止形狀。7.1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。 半導(dǎo)體二極管按其構(gòu)造不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。 點接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢涉及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。 面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整

6、流電路中。陽極 陰極-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性外加正向電壓較小時，外電場缺乏以抑制內(nèi)電場對多子分散的阻力，PN結(jié)仍處于截止形狀 。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止形狀，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇添加。1最大整流電流IF：指管子長期運轉(zhuǎn)時，允許經(jīng)過的最大正向平均電流。2反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時的電壓值。3最大反向任務(wù)電壓UDRM：二極管運轉(zhuǎn)時允許接受的最大反向電壓約為UB 的一半。4反向電

7、流IR：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，那么管子的單導(dǎo)游電性越好。5最高任務(wù)頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。7.1.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。陽極 陰極穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：1穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定任務(wù)的電壓。2穩(wěn)定電流IZ。任務(wù)電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。3動態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定任務(wù)范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=UZ/IZ4額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓

8、管允許經(jīng)過的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM7.2.1 三極管的構(gòu)造及類型三極管的構(gòu)造及類型半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN構(gòu)呵斥的。在任務(wù)過程中，兩種載流子電子和空穴都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。 兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域。這三個區(qū)域的陳列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。集電結(jié) B發(fā)射結(jié)NPN集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)CCEEB集電結(jié) B發(fā)射結(jié)PNPCCEEB集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向7.2.2 電流分配和電流放大作用電流分配和電流放大作用1產(chǎn)生放大作用的條件

9、 內(nèi)部：a發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)集電區(qū) b基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏NPNICIEIBRBUBBUCCRC2三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，構(gòu)成發(fā)射極電流 iEb電子在基區(qū)中的分散與復(fù)合，構(gòu)成基極電流 iBc集電區(qū)搜集分散過來的電子，構(gòu)成集電極電流 iC3電流分配關(guān)系： iE = iC + iB 實驗闡明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因此有。IB雖然很小，但對IC有控制造用，IC隨IB的改動而改動，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，闡明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。7.2.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線ICIBR

10、BUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V測量三極管特性的實驗電路 三極管的輸入特性曲線與二極管類似4321IB=003 6 9 12 UCE /V20A40A60A80A100A飽和區(qū)截止區(qū)放 大 區(qū)IC /mA1放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置BECEBEBuuui, 0, 0BCii0, 0CBiiBCii2截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置 3飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置 此時此時 7.2.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)、電流放大系數(shù)：iC= iB2、極間反向電流、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=1+ iCBO3、極限參數(shù)、