第6章 半导体器件的基本特性

1、 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体 导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属 一般都是导体。一般都是导体。 绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 6.1 半导体基础知识半导体基础知识 Ge Si 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成

2、通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它 们的最外层电子（价电子）都是四个。们的最外层电子（价电子）都是四个。 共价健共价健 Si Si Si Si 价电子价电子 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称 为为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为 自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所，因此本征半导体中的自由电子很少，所 以本征半导体的导电能力很弱。以本征半导体的导电能力很弱。 形成共价键后，每个原

3、子的最外层形成共价键后，每个原子的最外层 电子是八个，构成稳定结构。电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使共价键有很强的结合力，使 原子规则排列，形成晶体。原子规则排列，形成晶体。 Si Si Si Si Si Si Si Si 价电子价电子 这一现象称为这一现象称为本征激发。本征激发。 空穴空穴 自由电子自由电子 Si Si Si Si p+ 多多 余余 电电 子子 磷原子磷原子 在常温下即可在常温下即可 变为自由电子变为自由电子 失去一个失去一个 电子变为电子变为 正离子正离子 Si Si Si Si B 硼原子硼原子 空穴空穴 多子的扩散运动多子的扩散运动 内电场内电场 少

4、子的漂移运动少子的漂移运动 浓度差浓度差 扩散的结果使空扩散的结果使空 间电荷区变宽。间电荷区变宽。 空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形成空间电荷区形成空间电荷区 6.2 PN PN结及半导体二极管结及半导体二极管 耗尽层耗尽层 1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。 2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴、中的空穴、N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散 运动运动）。）。 3.3.P区中的电子和区中的

5、电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），）， 数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。 注意注意: : PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场 IF 内电场内电场 PN + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 内电场被加内电场被加 强，少子的漂强，少子的漂 移加强，由于移加强，由于 少子数量很少，少子数量很少， 形成很小的反形成很小的反 向电流。向电流。IR + PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 阴极引线阴极引线 阳极引线阳极引线 二氧化硅保护层

6、二氧化硅保护层 P型硅型硅 N型硅型硅 ( c ) 平面型 平面型 金属触丝金属触丝 阳极引线阳极引线 N型锗片型锗片 阴极引线阴极引线 外壳外壳 ( a ) 点接触型点接触型 铝合金小球铝合金小球 N型硅型硅 阳极引线阳极引线 PN结结 金锑合金金锑合金 底座底座 阴极引线阴极引线 ( b ) 面接触型面接触型 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极 ( d ) 符号符号 D 反向击穿反向击穿 电压电压U(BR) 反向特性反向特性 U I P N + P N + 此值的大小主要取决于结电容的大小。结电容越此值的大小主要取决于结电容的大小。结电容越 大，允许工作频率

7、越低。大，允许工作频率越低。 加到二极管两端的直流电压与流过二极管的电流加到二极管两端的直流电压与流过二极管的电流 之比，称为二极管的直流电阻之比，称为二极管的直流电阻RD，即，即 F F D I U R rd 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工 作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与 电流的变化之比：电流的变化之比： d U r I 显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小 变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态 导通导通 截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的， 例例1： D 6V 12V 3k B A U

8、AB + 例例2: mA4 3 12 2D I B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + V sin18 i tu t UZ IZ IZM UZ IZ _ + U I O Z Z ZI U r 习题：习题：P.130 6-4（a） 6-6 6-7（a）（）（d） NNP B E C B E C IB IE IC B E C IB IE IC 内部结构：内部结构： 发射区重掺杂。作用是向基区注入载流子。发射区重掺杂。作用是向基区注入载流子。 基区低掺杂且很薄。作用是传输控制载流子。基区低掺杂且很薄。作用是传输控制载流子。 集电区面积很大。作用是收集发射区发射过来的载流子。集电区面积很大

9、。作用是收集发射区发射过来的载流子。 E EB RB RC B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO IC=ICE+ICBO ICE IB=IBE-ICBO IBE IC IB B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO B C CBOB CBOC BE CE I I II II I I CEOBCBOBC )(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 B + EC III IC IB B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO BO CECCC EEE IIII III 交流放大系数是指电

10、流变化交流放大系数是指电流变化 量之比。量之比。 与 ；与 的意义不同。 与 反映静态时的电流放大特性； 与 反映动态时的电流放大特性。 在大多数情况下，。 注注意意： C E I I B C I I 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内 部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是 分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 共发射极电路共发射极电路 输入回路输入回路 输出回路输出回路 IC EB mA A V UCE UBE RB IB EC V + + + + mA B C E 常常数数 CE )( BEB U UfI UCE 1V IB( A) UBE(V) 20 40 60 80 0.40.8 UCE=0V UCE =0.5V IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 常常数数 B )( CEC I UfI 36 IC(mA ) 1 2 3 4