《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 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 場效應(yīng)晶體管(1-3)1.1 半導(dǎo)體的基本知識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?；锏?。(1-4)(1-5) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：于其它物質(zhì)的特點。例如： 當(dāng)受外界當(dāng)受外界熱和光熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯的作用時，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?，F(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（價電子）都是四個。電子（價電子）都是四個。(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)組成晶體點陣，每在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵共價鍵，共用一，共用一對價電子。對價電子。

4、硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：(1-8)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子(1-9)共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為常溫下束縛電子很難脫離共價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。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排共價鍵有很強的結(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)電機理在絕對在絕對0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時和沒有外界激發(fā)時, ,價電子完全價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（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)，使一些價電子獲得足夠在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同時共價，同時共價鍵上留下一個空位，稱為鍵上留下一個空位，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，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，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。動態(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，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。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. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體的應(yīng)用溫度檢測與控制（發(fā)動機溫度、進氣溫度）；溫度檢