《汽車電氣系統(tǒng)檢修》課程——4.1半導(dǎo)體

1、(1-1) 半導(dǎo)體及其特性模擬電路(1-2)第一章 半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 1.2 PN 結(jié)及半導(dǎo)體二極管 1.3 特殊二極管 1.4 半導(dǎo)體三極管 1.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管(1-3)1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是，金屬一般都是導(dǎo)體。導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間

2、，稱為稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。化物等。(1-4)(1-5) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界當(dāng)受外界熱和光熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。顯改變。(1-6)1.1.2 本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以

3、將半導(dǎo)體制成晶體晶體。現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。(1-7)本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一，共用一對(duì)價(jià)電子。對(duì)價(jià)電子。

4、硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：(1-8)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子(1-9)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本征半，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體列，形成晶體。+4

5、+4+4+4(1-10)二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)在絕對(duì)0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子完全價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電能力為），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同時(shí)共價(jià)，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。1.載流子、自由電子和空穴(1-11)

6、+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子(1-12)2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。動(dòng)態(tài)模型本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。(1-13)溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體的應(yīng)用溫度檢測(cè)與控制（發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、進(jìn)氣溫度）；溫度檢