第1章 半導體器件

第1章半導體器件教學基本要求（1） 了解半導體二極管的導通、截止條件，伏安特性和主要參數(shù)。（2） 了解穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理和主要參數(shù)，以及穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理。（3） 了解晶體管的類型，了解電流分配，主要參數(shù)，特性曲線和放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)以及小信號模型電路。（4） 了解MOS場效應(yīng)晶體管的工作原理，特性曲線，主要參數(shù)以及小信號模型電路。（5） 了解半導體光電器件的種類和特點。§1.1半導體的基本知識與PN結(jié)§1.2二極管

§1.3穩(wěn)壓二極管

§1.4雙極結(jié)型晶體管§1.5場效晶體管§1.6光電器件第1章半導體器件半導體－－導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)§1.1半導體的基本知識與PN結(jié)一、半導體的導電性能

1．本征半導體

純凈半導體中有兩種載流子（自由電子和空穴），兩種載流子的濃度相等。

2．雜質(zhì)半導體本征半導體的導電能力很弱，如摻入微量的其他元素就會使其導電能力發(fā)生顯著變化，這些微量元素的原子稱為雜質(zhì)。

（1）N型半導體

（2）P型半導體在四價元素硅晶體中摻入三價元素的硼。

N型半導體的多數(shù)載流子為自由電子，半導體主要靠自由電子導電。

P型半導體的多數(shù)載流子為空穴，半導體主要靠空穴導電。3．半導體的性能（1）熱敏性－－環(huán)境溫度對半導體導電能力影響很大（2）光敏性－－光照射時，半導體的載流子數(shù)量急劇增加。在四價元素硅晶體中摻入五價元素的磷。二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

2．PN結(jié)的單向?qū)щ娦?．PN結(jié)的形成要點：

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，加正向電壓（正偏）時PN結(jié)導通，加反向電壓（反偏）時PN結(jié)截止。§1.2二極管1.圖形符號

2.類型①點接觸型②面接觸型一、基本結(jié)構(gòu)二、二極管伏安特性正向特性：加正向電壓，二極管導通，電流很快上升。正常工作時，硅管電壓約為0.7V，鍺管電壓約為0.3V，正向電阻很小。反向特性：加反向電壓，二極管截止，反向電流很小。反向電阻很大。達到反向擊穿電壓UBR時，二極管被擊穿損壞。三、主要參數(shù)（1）最大正向電流（2）最高反向工作電壓（3）最大反向電流四、二極管的應(yīng)用應(yīng)用：整流、檢波、限幅、鉗位理想伏安特性：[例1.2.1]試畫出輸出電壓的波形(1)在-US2<ui<US1期間，D1、D2

處于反向偏置而截止,uo=ui。(2)在ui>US1期間，D1處于正向偏置而導通，uo=US1。(3)在ui<-US2期間，D2處于正向偏置而導通，uo=-US2。

[例1.2.2]試畫出輸出電壓的波形并求元件參數(shù)。(1)在ui

>0期間，D1處于正向偏置而導通，uo=ui

。(2)在ui

<0期間，D1處于反向偏置而截止，uo=0

?！?.3穩(wěn)壓二極管經(jīng)過特殊工藝制成的面接觸型二極管1.圖形和文字符號2.伏安特性曲線穩(wěn)壓二極管要點：穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)，擊穿電壓為UZ。擊穿電流IZ在最小穩(wěn)定電流IZmin和最大穩(wěn)定電流IZmax范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓管兩端電壓基本不變，均等于穩(wěn)定電壓UZ。如果IZ＞IZmax穩(wěn)壓二極管將過熱損壞，若IZ＜IZmin則起不到穩(wěn)壓作用。UZIZminIZmaxΔUZΔIZ3.穩(wěn)壓管的工作原理

§1.4雙極結(jié)型晶體管

一、基本結(jié)構(gòu)P二、電流分配和電流放大作用（2）晶體管具有電流放大作用。（1）三個電極的電流符合KCL電流放大系數(shù)雙極結(jié)型晶體管具有NPN型和PNP型兩種結(jié)構(gòu)，它們的工作原理相同，只是電源極性相反。在放大狀態(tài)發(fā)射結(jié)均為正偏（電壓降與半導體材料有關(guān)，硅管為0.7V，鍺管約為0.3V），集電結(jié)均為反偏。三、特性曲線2.輸出特性1.輸入特性飽和區(qū)特點：

IB電流為零

IC電流近似為零，UBE＜0，UCE等于電源電壓VCC。特點：IC不受IB的控制，即IB≥IBS電壓為飽和壓降UCES，約等于0.3V近似為零。特點：特點：IC與UCE無關(guān)，IC只受IB的控制，UCE大于晶體管飽和電壓UCES，小于電源電壓VCC四、主要參數(shù)：（2）極間反向電流集、基極間反向飽和電流

（1）電流放大系數(shù)β集、射極間穿透電流(３)極限參數(shù)

集電極最大允許電流

集電極最大允許耗散功率

反向擊穿電壓五、復合晶體管絕緣場效應(yīng)管具有N溝道和P溝道兩種結(jié)構(gòu)，它們工作原理相同，只是電源的極性相反，每種結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管又分為增強型和耗盡型兩類?！?.5場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管（FET）是一種利用電場效應(yīng)控制其電流大小的半導體三極管。一、絕緣柵型場效應(yīng)晶體管（MOSFET）二、工作原理和特性曲線1.耗盡型場效應(yīng)晶體管2.增強型場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管用柵極電壓控制漏極電流，是電壓控制器件，兩者之間的關(guān)系用轉(zhuǎn)移特性表示。其中UGS(th)為增強型場效應(yīng)晶體管的開啟電壓，當UGS＞UGS(th)

時，場效應(yīng)晶體管導通，出現(xiàn)漏極電流；UGS(off)為耗盡型場效應(yīng)晶體管的夾斷電壓，當UGS＜UGS(off)時，場效應(yīng)晶體管關(guān)斷。兩者的區(qū)別在于：當UGS＝0時，增強型場效應(yīng)晶體管的漏極電流為零，而耗盡型場效應(yīng)晶體管的漏極電流不為零。小結(jié)三、主要參數(shù)：（1）跨導（3）最大漏、源擊穿電壓（4）漏極最大耗散功率（2）通態(tài)電阻

在UGS確定的情況下，場效應(yīng)晶體管進入飽和導通時，漏、源之間的電阻值?！?.6光電器件一、顯示器件發(fā)光二極管－－將電能轉(zhuǎn)換為光能

功能：二極管正向?qū)〞r，由于空穴和電子的復合而放出能量，發(fā)出一定波長的可見光。特點：驅(qū)動電壓低，工作電流小，抗振動、抗沖擊力強，體積小，可靠性強。符號：

二、光電器件1.光電二極管功能：二極管的PN結(jié)反向電流具有光敏性，當有光照射時，其反向電流將隨光射強度的增加而線性增加。

符號及特性曲線：2.光電晶體管

組成：光電二極管和晶體管