第5章半导体器件

5.1半导体的基础知识5.2二极管

5.3晶体管

5.4半导体器件的型号和检测第5章半导体器件第5章半导体器件5.1

半导体的基础知识5.1.1本征半导体5.1.2杂质半导体5.1.3PN结的形成及单向导电性5.1.1本征半导体半导体—

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体的导电能力很弱。导电性导体半导体绝缘体大多数金属硅、锗塑料、玻璃等本征半导体的导电性+4+4+4+4E++1－1激发+1+1+1复合运动I电子运动I空穴空穴结论：I=I电子+I空穴电子空穴对

结论:1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外界条件有关。

本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质（某种元素），将使其导电能力大大增强，成为具有特定导电性能的杂质半导体。

1、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷。磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子+5+4+4+4+4+4正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示5.1.2杂质半导体P型硼原子空穴空穴

—

多子电子

—

少子2、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子5.3PN结及其单向导电性1、PN结的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流I=0。扩散运动：漂移运动：由浓度差引起的载流子运动。载流子在电场力作用下引起的运动。a)载流子的扩散b)形成PN结图5-5PN结的形成－－－－++++空间电荷区变薄2、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大正向电流PN2.PN结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量漂移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级5.2

二极管5.2.1二极管的结构5.2.2二极管的伏安特性5.2.3二极管的主要参数5.2.4二极管的应用5.2.5特殊二极管5.2.1二极管的结构构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：常见的外形如图所示：二极管的几种外形箭头符号表示PN结正偏时电流的流向

P区的引出线称为阳极，N区的引出线称为阴极。分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极

引线负极

引线集成电路中平面型pNP型支持衬底5.2.2二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性UON死区电压iD

=0UON

=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)UUONiD急剧上升0U

UON

反向特性U(BR)反向击穿U（BR)

U0iD

<0.1A(硅)

几十A

(锗)U>U（BR）反向电流急剧增大(反向击穿)击穿电压5.2.3二极管的主要参数1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

UR—

最高反向工作电压，为U(BR)/23.

IR

—最大反向电流(二极管加最大反向电压时的电流，越小单向导电性越好)iDuDU(BR)IFURO5.2.4二极管的应用1、整流电路

二极管应用范围很广，主要是利用它的单向导电性，常用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等。将交流电变成脉动直流电电的过程称整流。

当输入电压高于某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。2、限幅电路1、稳压二极管

稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。符号工作条件：反向击穿I/mAUZ/VOUZIZIZM+正向+反向UZIZ5.2.5特殊二极管稳压二极管的主要参数1.稳定电压

UZ

稳压管工作在反向击穿时的稳定工作电压。2.稳定电流

IZ

稳压管正常工作时的最小电流。3.电压温度系数4.

额定功耗2、发光二极管

符号工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(1.8

2.2)V发光二极管简称LED，它是一种将电能转换为光能的半导体器件。3、光敏二极管

符号工作条件：反向偏置5.3

三极管5.3.1晶体管基本结构5.3.2晶体管的电流放大原理5.3.3晶体管的特性曲线5.3.4晶体管的主要参数5.3.1晶体管基本结构晶体管（三极管）是最重要的一种半导体器件。部分三极管的外型a)NPN型

b)PNP型

图5-15晶体管的结构和符号5.3.2晶体管的电流放大原理一、晶体管放大的条件1.内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大2.外部条件发射结正偏集电结反偏二、晶体管的电流分配和放大作用实验电路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A电路条件:

EC>EB

发射结正偏

集电结反偏2.晶体管内部载流子的运动规律1、发射区发射电子由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。2、电子在基区的扩散和复合过程：由于基区很薄，其多数载流子空穴浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区空穴复合，剩下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。图5-16晶体管内部载流子运动图5-16晶体管内部载流子运动3、集电区收集从发射区扩散过来的电子过程：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流在集电结反偏作用下漂移形成反向饱和电流ICBO。ICBO远小于集电极电流IC基本等于晶体管内有如下电流关系：IC=ICN+ICBO

当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：(直流电流放大倍数）

IC比IB大数十至数百倍，因而IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。5.3.3三极管的特性曲线一、伏安特性输入回路输出回路与二极管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+++O导通电压UBESi管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2V1、输入特性2、输出特性输出特性曲线50µA40µA30µA10µAIB=020µAuCE

/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCEiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321放大区截止区饱和区ICEO（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置。（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置。

（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置输出特性曲线深度饱和时：0.3V(硅管)UCE为：0.1V(锗管)1.共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0024684321一般为几十几百Q2.极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。（1）直流电流放大系数（2）交流电流放大系数5.3.4晶体管的主要参数3.极限参数（1）ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。（2）PCM—集电极最大允许功率损耗（3）U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区5.4半导体器件的型号和测试5.4.2半导体器件的测试5.4.1半导体器件的型号5.4.1半导体器件的型号第一部分数字电极数2—二极管3—

三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字序号字母(汉拼)规格号例如：2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管901190185.4.2半导体器件的测试1.二极管的检测（1）目测判别极性触丝半导体片（2）用万用表检测二极管(1)

用指针式万用表检测在R1k挡进行测量，红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。测量时手不要接触引脚。一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。正反向电阻相差不大为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。1k0002中、小功率晶体管的检测（1）检