第1章 半导体器件

第1章半导体器件教学基本要求（1） 了解半导体二极管的导通、截止条件，伏安特性和主要参数。（2） 了解稳压二极管的稳压原理和主要参数，以及稳压二极管稳压电路的工作原理。（3） 了解晶体管的类型，了解电流分配，主要参数，特性曲线和放大、饱和、截止三种工作状态以及小信号模型电路。（4） 了解MOS场效应晶体管的工作原理，特性曲线，主要参数以及小信号模型电路。（5） 了解半导体光电器件的种类和特点。§1.1半导体的基本知识与PN结§1.2二极管

§1.3稳压二极管

§1.4双极结型晶体管§1.5场效晶体管§1.6光电器件第1章半导体器件半导体－－导电能力介于导体和绝缘体之间的物质§1.1半导体的基本知识与PN结一、半导体的导电性能

1．本征半导体

纯净半导体中有两种载流子（自由电子和空穴），两种载流子的浓度相等。

2．杂质半导体本征半导体的导电能力很弱，如掺入微量的其他元素就会使其导电能力发生显著变化，这些微量元素的原子称为杂质。

（1）N型半导体

（2）P型半导体在四价元素硅晶体中掺入三价元素的硼。

N型半导体的多数载流子为自由电子，半导体主要靠自由电子导电。

P型半导体的多数载流子为空穴，半导体主要靠空穴导电。3．半导体的性能（1）热敏性－－环境温度对半导体导电能力影响很大（2）光敏性－－光照射时，半导体的载流子数量急剧增加。在四价元素硅晶体中掺入五价元素的磷。二、PN结及其单向导电性

2．PN结的单向导电性1．PN结的形成要点：

PN结具有单向导电性，加正向电压（正偏）时PN结导通，加反向电压（反偏）时PN结截止。§1.2二极管1.图形符号

2.类型①点接触型②面接触型一、基本结构二、二极管伏安特性正向特性：加正向电压，二极管导通，电流很快上升。正常工作时，硅管电压约为0.7V，锗管电压约为0.3V，正向电阻很小。反向特性：加反向电压，二极管截止，反向电流很小。反向电阻很大。达到反向击穿电压UBR时，二极管被击穿损坏。三、主要参数（1）最大正向电流（2）最高反向工作电压（3）最大反向电流四、二极管的应用应用：整流、检波、限幅、钳位理想伏安特性：[例1.2.1]试画出输出电压的波形(1)在-US2<ui<US1期间，D1、D2

处于反向偏置而截止,uo=ui。(2)在ui>US1期间，D1处于正向偏置而导通，uo=US1。(3)在ui<-US2期间，D2处于正向偏置而导通，uo=-US2。

[例1.2.2]试画出输出电压的波形并求元件参数。(1)在ui

>0期间，D1处于正向偏置而导通，uo=ui

。(2)在ui

<0期间，D1处于反向偏置而截止，uo=0

。§1.3稳压二极管经过特殊工艺制成的面接触型二极管1.图形和文字符号2.伏安特性曲线稳压二极管要点：稳压二极管工作在反向击穿状态，击穿电压为UZ。击穿电流IZ在最小稳定电流IZmin和最大稳定电流IZmax范围内变化时，稳压管两端电压基本不变，均等于稳定电压UZ。如果IZ＞IZmax稳压二极管将过热损坏，若IZ＜IZmin则起不到稳压作用。UZIZminIZmaxΔUZΔIZ3.稳压管的工作原理

§1.4双极结型晶体管

一、基本结构P二、电流分配和电流放大作用（2）晶体管具有电流放大作用。（1）三个电极的电流符合KCL电流放大系数双极结型晶体管具有NPN型和PNP型两种结构，它们的工作原理相同，只是电源极性相反。在放大状态发射结均为正偏（电压降与半导体材料有关，硅管为0.7V，锗管约为0.3V），集电结均为反偏。三、特性曲线2.输出特性1.输入特性饱和区特点：

IB电流为零

IC电流近似为零，UBE＜0，UCE等于电源电压VCC。特点：IC不受IB的控制，即IB≥IBS电压为饱和压降UCES，约等于0.3V近似为零。特点：特点：IC与UCE无关，IC只受IB的控制，UCE大于晶体管饱和电压UCES，小于电源电压VCC四、主要参数：（2）极间反向电流集、基极间反向饱和电流

（1）电流放大系数β集、射极间穿透电流(３)极限参数

集电极最大允许电流

集电极最大允许耗散功率

反向击穿电压五、复合晶体管绝缘场效应管具有N沟道和P沟道两种结构，它们工作原理相同，只是电源的极性相反，每种结构的场效应晶体管又分为增强型和耗尽型两类。§1.5场效应晶体管

场效应晶体管（FET）是一种利用电场效应控制其电流大小的半导体三极管。一、绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET）二、工作原理和特性曲线1.耗尽型场效应晶体管2.增强型场效应晶体管场效应晶体管用栅极电压控制漏极电流，是电压控制器件，两者之间的关系用转移特性表示。其中UGS(th)为增强型场效应晶体管的开启电压，当UGS＞UGS(th)

时，场效应晶体管导通，出现漏极电流；UGS(off)为耗尽型场效应晶体管的夹断电压，当UGS＜UGS(off)时，场效应晶体管关断。两者的区别在于：当UGS＝0时，增强型场效应晶体管的漏极电流为零，而耗尽型场效应晶体管的漏极电流不为零。小结三、主要参数：（1）跨导（3）最大漏、源击穿电压（4）漏极最大耗散功率（2）通态电阻

在UGS确定的情况下，场效应晶体管进入饱和导通时，漏、源之间的电阻值。§1.6光电器件一、显示器件发光二极管－－将电能转换为光能

功能：二极管正向导通时，由于空穴和电子的复合而放出能量，发出一定波长的可见光。特点：驱动电压低，工作电流小，抗振动、抗冲击力强，体积小，可靠性强。符号：

二、光电器件1.光电二极管功能：二极管的PN结反向电流具有光敏性，当有光照射时，其反向电流将随光射强度的增加而线性增加。

符号及特性曲线：2.光电晶体管

组成：光电二极管和晶体管