计算机应用技术电工电子第十章

电子技术基础

——模拟电子部分

主讲人：周恒艳第十章常用半导体器件

半导体器件是近代电子学的重要的组成部分。体积小、重量轻、功耗低、使用寿命长、输入功率小、转化功率效率高等优点而得到广泛应用。半导体的基本知识什么是半导体？自然界中很容易导电的物质叫做导体，金属一般都属于导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮，陶瓷，塑料，石英。另有一类物质它的导电性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗，硅。

现代电子学中用的最多的是锗和硅,他们的最外层电子（价电子）都是四个。

电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此半导体也称为晶体本征半导体

通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。完全纯净的，结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。

在锗和硅晶体中，原子之间靠的非常近，分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子被两个原子所用，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。

硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子本征半导体的结构1.形成共价键以后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。2.共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。由图看出：共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下，束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，其导电能力就很弱。本征半导体的结构1.形成共价键以后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。2.共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。由图看出：共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下，束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，其导电能力就很弱。本征半导体的导电能力为什么这么弱？本征半导体的导电机理在绝对零度（T=0K)和没有外界激发时，价电子完全被束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电离子（即载流子）它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时在共价键上留下一个空位，称为空穴。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在其他力的作用下，空穴吸引其他的电子来填补，这样的结构相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体的导电机理本征半导体存在着数量相等的载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度就越高，因此半导体的导电能力也就越强，温度是影响半导体性能的一个外部因素，这是半导体的一大特点。半导体的导电特性半导体的导电机理不同于其他物质，所以它具有不同于其他物质的特点。比如：当外界受到光和热的作用时候，它的导电能力明显变化。（光敏性和热敏性)往纯净的半导体中掺入某些杂质，则它的导电能力会变化。杂质半导体往半导体里面掺入某些微量的杂质，就会使半导体的性能发生显著的变化。其原因是掺入杂质以后，它的载流子的浓度大大增加了。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。N型半导体在硅和锗晶体中掺入少量的五价磷元素，晶体中的某些半导体原子被杂质所取代，磷原子最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。N型半导体表示方法N型半导体N型半导体多余的电子磷原子N型半导体N型半导体中的载流子是什么？

1.由施主原子提供的电子（磷原子），浓度与施主原子相等。

2.本征半导体中成对产生的空穴和电子。

3.掺杂的浓度要远远大于本征半导体中载流子的浓度，所以自由电子的浓度要远远大于空穴的浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子).P型半导体在硅和锗晶体中掺入少量的三价硼元素，晶体中的某些半导体原子被杂质所取代，硼原子最外层有三个价电子，其中三个与相邻的半导体原子形成共价键，产生一个空穴，它能吸引附近的电子来填补，这样硼原子就成了不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，称为受主原子。P型半导体的图示P型半导体P型半导体硼原子空穴总结1、N型半导体中自由电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体受激发产生的电子只占少数。N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量关系，起作用的还是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。杂质半导体的示意表示方法PN结及其单向导电性1.2.1PN结的形成在同一块半导体基片上，同时制作P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散他们在交界面处就形成了PN结。PN结处载流子的运动扩散运动PN结处载流子的运动扩散运动内电场E漂移运动PN结处载流子的运动扩散运动内电场E漂移运动扩散运动使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越来越宽内电场越强，就使漂移运动越强，漂移运动越强使得空间电荷区减弱PN结处载流子的运动扩散运动内电场E漂移运动扩散和漂移是一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷的运动，空间电荷区的厚度保持不变。注意！PN结的总结空间电荷区没有载流子。空间电荷区内电场阻碍P区中的空穴、N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。P中的电子和N中的空穴（都是少子）数量有限，因此他们形成的电流很小。PN结的单向导电性PN结加上正向电压、正向偏置的意思是：P加正电压、N加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思是：P加负电压、N加正电压。PN结正向偏置PN结正向偏置内电场外电场PN结正向偏置内电场外电场内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。PN结反向偏置PN结反向偏置内电场外电场PN结反向偏置内电场外电场内电场加强，多子的扩散被抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的电流。在PN结的两端加上电压后，通过管子的电流I随管子两端电压V变化的曲线----伏安特性。半导体二极管半导体二极管的结构类型半导体二极管的特性曲线半导体二极管的参数特殊二极管半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和外壳，就成为一个二极管，二极管按结构分为点接触型，面接触型，平面接触型三大类。（1）点接触型半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和外壳，就成为一个二极管，二极管按结构分为点接触型，面接触型，平面接触型三大类。（1）点接触型PN结面积小，结电容面积小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管面接触行二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。半导体二极管的伏安特性处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性可用下式表示。二级管伏安特性图示正向特性曲线当v>0为正向特性区域，正向区域又分为两个区段。1.当0<V<VTH时，正向电流为零，VTH为死区电压或开启电压。2.当V>VTH时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅二级管的死区电压VTH