第三講電子技術(shù)ppt課件

1、第一篇第一篇第第5章章6.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)6.3 特殊二極管特殊二極管6.4 雙極型二極管雙極型二極管6.5 單極型三極管單極型三極管 6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管第第1頁(yè)頁(yè) 物質(zhì)按導(dǎo)電能力的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和物質(zhì)按導(dǎo)電能力的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體絕緣體3類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都是良好的導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在等金屬都是良好的導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在105Scm-1量級(jí)；而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導(dǎo)電的物量級(jí)；而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，它們的電導(dǎo)率在質(zhì)稱為絕緣體，它們的電導(dǎo)率在10-

2、2210-14Scm-1量級(jí)；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為量級(jí)；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在半導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在10-9102Scm-1量級(jí)。自量級(jí)。自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)有很多種類，目前用來(lái)制然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)有很多種類，目前用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的材料大多是提純后的單晶型半導(dǎo)體造半導(dǎo)體器件的材料大多是提純后的單晶型半導(dǎo)體，主要有硅，主要有硅(Si)、鍺、鍺(Ge)和砷化鎵和砷化鎵GaAs)等。等。 第第3頁(yè)頁(yè) 半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸韵绿匦?。為它具有以下特性?第第3頁(yè)頁(yè)一般情況下，本征半導(dǎo)體中

3、的載流子濃度一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。硅和鍺的硅和鍺的簡(jiǎn)化原子簡(jiǎn)化原子模型。模型。這是硅和鍺構(gòu)成的這是硅和鍺構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖 晶體結(jié)構(gòu)中的晶體結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在熱力學(xué)結(jié)合力，在熱力學(xué)零度和沒(méi)有外界能零度和沒(méi)有外界能量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子沒(méi)有能力掙脫共價(jià)沒(méi)有能力掙脫共價(jià)鍵束縛，這時(shí)晶體鍵束縛，這時(shí)晶體中幾乎沒(méi)有自由電中幾乎沒(méi)有自由電子，因此不能導(dǎo)電子，因此不能導(dǎo)電第第3頁(yè)頁(yè) 當(dāng)半導(dǎo)

4、體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵中的價(jià)電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵共價(jià)鍵中的價(jià)電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為的束縛成為自由電子，同時(shí)在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“空穴空穴” 。本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭▽?duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。 顯然在外電場(chǎng)的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩顯然在外電場(chǎng)的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的電子部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的電子

5、電流，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子不是自由電流，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子不是自由電子遞補(bǔ)空穴形成的空穴電流。電子遞補(bǔ)空穴形成的空穴電流。 共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)電子比較容易離開(kāi)它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空穴中來(lái)，使該價(jià)電子原來(lái)所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。 在半導(dǎo)體中同時(shí)存在自由電子和空穴兩種載流子在半導(dǎo)體中同時(shí)存在自由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有本質(zhì)上的區(qū)別。本質(zhì)上的區(qū)別。第第3頁(yè)頁(yè)自由自由電子電子空穴空穴 在純凈的硅或鍺中摻入微量的

6、磷或砷等五價(jià)元素，雜質(zhì)原子就替代了共價(jià)鍵中某些硅原子的位置，雜質(zhì)原子的四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子結(jié)成共價(jià)鍵，剩下的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的束縛被激發(fā)成自由電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體結(jié)構(gòu)中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電。 雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子，因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴。 由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原子稱為施主原子。 摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，因此稱為電子型半導(dǎo)體，也叫做，因此稱為電子型半導(dǎo)

7、體，也叫做N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 在在N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子簡(jiǎn)稱多子），空穴為少數(shù)載型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子簡(jiǎn)稱多子），空穴為少數(shù)載流子簡(jiǎn)稱少子）；不能移動(dòng)的離子帶正電。流子簡(jiǎn)稱少子）；不能移動(dòng)的離子帶正電。 相對(duì)金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。相對(duì)金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。在如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些在如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)

8、體可以分為N型和型和P型兩大類。型兩大類。 第第3頁(yè)頁(yè) 不論是不論是N型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然型半導(dǎo)體，雖然都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。 在在P型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以接收一個(gè)價(jià)型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以接收一個(gè)價(jià)電子而成為不能移動(dòng)的負(fù)離子，故稱為受主原子。電子而成為不能移動(dòng)的負(fù)離子，故稱為受主原子。 摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，因此稱為空穴型度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，因此

9、稱為空穴型半導(dǎo)體，也叫做半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 在硅或鍺晶體中摻入微量的三價(jià)元素雜質(zhì)硼或其他），硼原在硅或鍺晶體中摻入微量的三價(jià)元素雜質(zhì)硼或其他），硼原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子得電子而成為不能移動(dòng)獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子得電子而成為不能移動(dòng)的負(fù)離子；而原來(lái)的硅原子共價(jià)鍵則因缺少一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)空穴。

10、的負(fù)離子；而原來(lái)的硅原子共價(jià)鍵則因缺少一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)空穴。于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加?？昭ǔ蔀槎鄶?shù)載流子，而自由電子于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加?？昭ǔ蔀槎鄶?shù)載流子，而自由電子則成為少數(shù)載流子。則成為少數(shù)載流子。 第第3頁(yè)頁(yè) 正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng)，稱為內(nèi)電區(qū)的電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)，它對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層場(chǎng)，它對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載

11、流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。 P型和型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在型半導(dǎo)體并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在N型或型或P型半導(dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)樾桶雽?dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或型或N型半導(dǎo)體，在型半導(dǎo)體，在P型和型和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成PN結(jié)。結(jié)。 左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成P型和N型半導(dǎo)體。為便于理解，圖中P區(qū)僅畫出空穴多數(shù)載流子和得到一個(gè)電子的三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，N區(qū)僅畫出自由電子多數(shù)載流子和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離子。根據(jù)擴(kuò)散原理

12、，空穴要從濃度高的P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡），形成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū)域，這就是PN結(jié)，又叫耗盡層。 第第3頁(yè)頁(yè)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) PN結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互矛盾的。在一定條件例如結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互矛盾的。在一定條件例如溫度一定下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)溫度一定下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定下來(lái)，則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定下來(lái)，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的

13、狀態(tài)。結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的高的N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡），形成載流子極少的正耗盡），形成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如上圖所示），也就是負(fù)空間電荷區(qū)如上圖所示），也就是PN結(jié)，又叫耗盡層。結(jié)，又叫耗盡層。 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)第第3頁(yè)頁(yè)少子少子漂移漂移 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié) P 區(qū) N 區(qū) 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 多

14、子多子擴(kuò)散擴(kuò)散 形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng) P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū) PN 結(jié)及其內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)方向 第第3頁(yè)頁(yè) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾，擴(kuò)散使空間擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾，擴(kuò)散使空間電荷區(qū)加寬，促使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)電荷區(qū)加寬，促使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)散阻力增大，但使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)；漂移使空間電荷區(qū)散阻力增大，但使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)；漂移使空間電荷區(qū)變窄，電場(chǎng)減弱，又促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行。變窄，電場(chǎng)減弱，又促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行。繼續(xù)討論繼續(xù)討論 當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)

15、平衡狀態(tài)?？山Y(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)?？梢韵胂螅谄胶鉅顟B(tài)下，電子從以想象，在平衡狀態(tài)下，電子從N區(qū)到區(qū)到P區(qū)擴(kuò)散電流必然等于從區(qū)擴(kuò)散電流必然等于從P區(qū)到區(qū)到N區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即總的區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即總的多子擴(kuò)散電流等于總的少子漂移電流，且二者方向相反。多子擴(kuò)散電流等于總的少子漂移電流，且二者方向相反。 在無(wú)外電場(chǎng)或其他因素激發(fā)時(shí)，在無(wú)外電場(chǎng)或其他因素激發(fā)時(shí)，PN結(jié)處于平衡狀態(tài)，沒(méi)有電流通過(guò)，結(jié)處于平衡狀態(tài)，沒(méi)有電流通過(guò)，空間電荷區(qū)的寬度一定。空間電荷區(qū)的寬度一定。 由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對(duì)方，或被對(duì)方

16、擴(kuò)散過(guò)來(lái)由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對(duì)方，或被對(duì)方擴(kuò)散過(guò)來(lái)的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為耗盡層，其電阻率很高，為高阻區(qū)。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。耗盡層，其電阻率很高，為高阻區(qū)。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。 PN結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)電容是由耗盡層引起的。耗盡層中有不能移結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)電容是由耗盡層引起的。耗盡層中有不能移動(dòng)的正、負(fù)離子，各具有一定的電量，當(dāng)外加電壓使耗盡層變寬時(shí)，電動(dòng)的正、負(fù)離子，各具有一定的電量，當(dāng)外加電壓使耗盡層變寬時(shí)，電荷量增加，反之，外加電壓使耗盡層變窄時(shí)，電荷量

17、減小。這樣耗盡層荷量增加，反之，外加電壓使耗盡層變窄時(shí)，電荷量減小。這樣耗盡層中的電荷量隨外加電壓變化而改變時(shí)，就形成了電容效應(yīng)。中的電荷量隨外加電壓變化而改變時(shí)，就形成了電容效應(yīng)。 第第3頁(yè)頁(yè)空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變窄窄 R 內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng) 外外電電場(chǎng)場(chǎng) P N I正正向向 US 第第3頁(yè)頁(yè) E R 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) 空間電荷區(qū)變寬 P N IR 第第3頁(yè)頁(yè)討論題討論題 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別：金體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別：金屬導(dǎo)體中只有一種載流子屬導(dǎo)體中只有一種載流子自由自由電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種載流子載流子自由

18、電子和空穴參與導(dǎo)自由電子和空穴參與導(dǎo)電，而且這兩種載流子的濃度可電，而且這兩種載流子的濃度可以通過(guò)在純凈半導(dǎo)體中加入少量以通過(guò)在純凈半導(dǎo)體中加入少量的有用雜質(zhì)加以控制。的有用雜質(zhì)加以控制。半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有什么區(qū)別？理有什么區(qū)別？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。若摻雜的是五價(jià)元素，則由于多電子形成N型半導(dǎo)體：多子是電子，少子是空穴；如果摻入的是三價(jià)元素，就會(huì)由于少電子而構(gòu)成P型半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中空穴多于電子，且這些空穴很容易讓附近的價(jià)電子跳過(guò)來(lái)填補(bǔ)，因此價(jià)電子填補(bǔ)空穴的空穴運(yùn)動(dòng)是主要形式，所以多子是空穴，少子是電子

19、。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)生的？為什么生的？為什么P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中的空穴多于電子？中的空穴多于電子？ N型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí)還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激發(fā)的電子空穴對(duì)，因此整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，能否認(rèn)為流子是電子，能否認(rèn)為這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電的？為什么？的？為什么？ 空間電荷區(qū)的電阻空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？率為什么很高？ 何謂何謂PN結(jié)的單向?qū)ЫY(jié)的單向?qū)щ娦?？電性？第?頁(yè)頁(yè) 2. 半導(dǎo)體在熱或光照等半導(dǎo)

20、體在熱或光照等 ）作用下產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為）作用下產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)；電子、空穴對(duì)不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì)本征激發(fā)；電子、空穴對(duì)不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì) “跳進(jìn)跳進(jìn)另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來(lái)，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來(lái)，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電子空穴對(duì)被子空穴對(duì)被“吃掉吃掉”。在一定的溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在。在一定的溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在不停地進(jìn)行，最終處于一種平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體中載流子濃度一不停地進(jìn)行，最終處于一種平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體中載流子濃度一定定

21、 。 1. 半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低 ，但少子對(duì)溫度非，但少子對(duì)溫度非常敏感，即溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子常敏感，即溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫度影響。度影響。 3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙多數(shù)載流子電空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙多數(shù)載流子電流的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過(guò)，也就流的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過(guò)，也就是說(shuō)，空間電荷區(qū)對(duì)擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻。是說(shuō)，空間

22、電荷區(qū)對(duì)擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻。第第3頁(yè)頁(yè) 一個(gè)一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，接在半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽(yáng)型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽(yáng)極；接在極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，適用于高頻幾結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，適用于高頻幾百兆赫茲下工作，但不能通過(guò)很大的電流。主要應(yīng)用

23、于小電流的整百兆赫茲下工作，但不能通過(guò)很大的電流。主要應(yīng)用于小電流的整流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等。流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等。 面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積大，因而能通過(guò)較大的電流，但其結(jié)結(jié)面積大，因而能通過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。第第3頁(yè)頁(yè)跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)陽(yáng)極 陰極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區(qū)電壓 二極管外加正向電壓較小時(shí)，外二極管外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)

24、多子擴(kuò)散電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力，的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流電流 隨著正向電壓增大迅速上升。隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管，鍺管約為約為0.2V。導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.60.8V，鍺管約為，鍺管約為0.20.3V。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應(yīng)降低。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應(yīng)降低。 第第3頁(yè)頁(yè) 當(dāng)當(dāng)0VVth時(shí)，正向電流為零，時(shí)，正向電流為零，Vth稱死區(qū)電壓或開(kāi)啟電壓。稱死區(qū)

25、電壓或開(kāi)啟電壓。 當(dāng)V Vth時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)陽(yáng)極 陰極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區(qū)電壓 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。外加反向電壓時(shí)，外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很?。唤Y(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??； 顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。第第3頁(yè)頁(yè) 當(dāng)VBRV0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS 。 當(dāng)VVBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓 。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)正向偏

26、置時(shí)：管壓降為0，電阻也為0。反向偏置時(shí)：電流為0，電阻為。當(dāng)i D1mA時(shí)， vD=0.7V。 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造成會(huì)造成“熱擊穿熱擊穿”，熱擊穿不同于齊納擊穿和雪崩擊穿，熱擊穿不同于齊納擊穿和雪崩擊穿，這兩種擊穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而熱擊穿將使，這兩種擊穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而熱擊穿將使二極管永久性損壞。二極管永久性損壞。 1最大整流電流最大整流電流IDM：指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流：指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。2最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受

27、的最高反向電壓。：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。3反向電流反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)В褐腹茏游磽舸r(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。電性越好?二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦裕Ｓ糜谡?、檢二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦?，常用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開(kāi)關(guān)元件等。波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開(kāi)關(guān)元件等。 DTru1RLu2UL 二極管半波整流電二極管半波整流電路路uuDAUF二極管鉗位電路二極管鉗位電路RuOuiD1D2二極管限幅電路二極管限幅電路第第3頁(yè)頁(yè)跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)1.限幅

28、電路限幅電路VRVmvit0Vi VR時(shí)，二極管導(dǎo)通，vo=vi。Vi基區(qū)基區(qū)集電區(qū)；集電區(qū)； b基區(qū)很薄?；鶇^(qū)很薄。晶體管外部：晶體管外部： 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。1. IE IB IC （符合（符合KCL定律）定律）2. IC IB，為管子的流放大系數(shù)，為管子的流放大系數(shù)，用來(lái)表征三極管的電流放大能力：用來(lái)表征三極管的電流放大能力：3. IC IB BCII第第6章章 N IC IE IB RB UBB UCC RC N P 第第6章章ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V測(cè)量

29、三極管特性的實(shí)驗(yàn)電路 三極管的輸入特性曲線1 1輸入特性曲線輸入特性曲線晶體管的輸入特性與二極管類似晶體管的輸入特性與二極管類似死區(qū)電壓死區(qū)電壓 UCE 1V，原因是，原因是b、e間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分?jǐn)U散到集電結(jié)，只有一小部分與基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成IB。 與與UCE=0V時(shí)相比時(shí)相比 ，在，在UBE相同的條件下，相同的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓約為要小的多。從圖中可以看出，

30、導(dǎo)通電壓約為0.5V。嚴(yán)格地說(shuō)，當(dāng)。嚴(yán)格地說(shuō)，當(dāng)UCE逐漸增加逐漸增加 時(shí)，時(shí)，IB逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是因?yàn)橹饾u減小，曲線逐漸向右移。這是因?yàn)閁CE增加時(shí)，集電結(jié)增加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以IB減小。不過(guò)減小。不過(guò)UCE超過(guò)超過(guò)1V以后以后再增加，再增加，IC增加很少，因?yàn)樵黾雍苌?，因?yàn)镮B的變化量也很小，通?？梢院雎缘淖兓恳埠苄?，通常可以忽略UCE變化對(duì)變化對(duì)IB的影響，認(rèn)為的影響，認(rèn)為UCE 1V時(shí)的時(shí)的 曲線都重合在一起。曲線都重合在一起。第第6章章 4 3 2 1 IB=0

31、 0 3 6 9 12 UCE /V 20A 40A 60A 80A 100A 飽和區(qū)飽和區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 放放 大大 區(qū)區(qū) IC /mA （1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（2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2 2輸出特性曲線輸出特性曲線BCii0 0CBii；iB0，uBE0，uCEuBEBCii第第6章章1 1、電流放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)：iC= iBiC= iB2 2、極間反向電流、極間反向電流iCBOiCBO、iC

32、EOiCEO：iCEO=iCEO=（1+ 1+ ）iCBOiCBO3 3、極限參數(shù)、極限參數(shù) （1 1集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM ICM：下降到額定值下降到額定值的的2/32/3時(shí)所允許的最大集電極電流。時(shí)所允許的最大集電極電流。 （2 2反向擊穿電壓反向擊穿電壓U UBRBRCEOCEO：基極開(kāi)路時(shí)，集：基極開(kāi)路時(shí)，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓：基極開(kāi)路時(shí)、集電電極、發(fā)射極間的最大允許電壓：基極開(kāi)路時(shí)、集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。為保證晶體管安全極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。為保證晶體管安全工作，一般應(yīng)?。汗ぷ?，一般應(yīng)?。?（3 3集電極最大允許功耗集電極最大允許功

33、耗PCM PCM ：晶體管的參數(shù)不：晶體管的參數(shù)不超過(guò)允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率。超過(guò)允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率。 (BR)CEOCC)3221(UU第第6章章跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？USB =-2V， IB=0 ， IC=0，Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA IC= IB =500.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q

34、位于飽和區(qū)位于飽和區(qū)(實(shí)際實(shí)際上，此時(shí)上，此時(shí)IC和和IB 已不是已不是的關(guān)系）的關(guān)系）學(xué)習(xí)與探討學(xué)習(xí)與探討 晶體管的發(fā)射極和集電極是晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流電流等于基極電流和集電極電流之和，如果互換作用顯然不行。之和，如果互換作用顯然不行。晶體管的發(fā)射極晶體管的發(fā)射極和集電極能否互和集電極能否互換使用？為什么換使用？為什么? 晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，UCEUT時(shí)，隨著UGS的增大，導(dǎo)電溝

35、道逐漸變寬，溝道電阻漸小，漏極電流ID漸大。這種漏極電流ID隨柵極電位UGS的變化而變化的關(guān)系，稱為MOS管的壓控特性。 P襯底應(yīng)接低電位，N襯底應(yīng)接高電位；當(dāng)源極電位很高或很低時(shí)，應(yīng)與襯底相連通常漏極和源極可以互換，若出廠時(shí)源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對(duì)調(diào)通常漏極和源極可以互換，若出廠時(shí)源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對(duì)調(diào) MOS管的柵源電壓不能接反，但可在開(kāi)路狀態(tài)下保存。MOS管的襯底應(yīng)與電路中 最低電位相連。應(yīng)特別注意：MOS在不使用時(shí)柵極不能懸空，務(wù)必將各電極短接！ 焊接MOS管時(shí)，應(yīng)斷電后再焊。第第6章章n場(chǎng)效應(yīng)管的源極場(chǎng)效應(yīng)管的源極S S、柵極、柵極G G、漏極、漏極D

36、 D分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極e e、基極、基極b b、集電極集電極c c，它們的作用相似。，它們的作用相似。 n場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而晶體管場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而晶體管工作時(shí)基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號(hào)源取極小量電流的情工作時(shí)基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號(hào)源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用晶體管進(jìn)行放況下，應(yīng)該選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用晶體管進(jìn)行放大可以得到比場(chǎng)效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。大可以得到比場(chǎng)效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。n場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件溫度等變化比較劇烈的情況下，穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件溫度等變化比較劇烈的情況下，選用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適。選用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適。n場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗盡型