半导体二极管和三极管课件

半导体二极管和三极管半导体器件是电子电路的基本组成部分本章将介绍：

（1）半导体的导电特性及PN结的基本原理（2）半导体二极管及三极管物质按其导电性能可分为：导体，绝缘体，半导体

§1-1半导体的基本知识半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。主要有硅、锗、硒和大多数金属氧化物及硫化物半导体的导电能力随外界条件的改变而发生很大的变化各种半导体的典型特性：①温度↑

，导电能力↑↑——热敏元件②光照，导电能力↑↑——光敏元件③渗入微量杂质，导电能力↑↑——二极管、三极管一、本征半导体本征半导体：纯净的、具有晶体结构的半导体

纯净的半导体一般都具有晶体结构常用的半导体材料是硅和锗，它们原子的最外层都有四个价电子，称为四价元素+14在硅或锗构成的晶体结构中，每个原子与相邻的四个原子结合，形成共价键结构半导体导电性能容易突变的原因——共价键中的价电子不是很稳定（容易被激发）SiSiSiSi在一定条件下（如光照或温度升高）

共价键中的电子可以挣脱原子核的束缚而成为自由电子与此同时，晶体共价键一旦失去一个电子，该地方便会产生一个空位，称为空穴SiSiSiSi自由电子空穴原子因为失去一个电子而成为带正电的离子，因此可认为空穴带正电。SiSiSiSi自由电子空穴在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。温度越高，自由电子和空穴的对数也越多+在半导体中，电子电流和空穴电流并存，这也是半导体和金属在导电机理上的本质区别‡对半导体施加外电场*自由电子作定向运动，形成电流（电子导电）

*空穴（带正电）吸引电子，邻近共价键中的价电子在外电场作用下可填补该空穴。电子填补空穴的运动可看成是空穴沿外电场相同的方向作定向运动，这就是空穴导电自由电子和空穴统称为载流子自由电子填补空穴的过程称为复合§1.1.2杂质半导体

——在本征半导体中掺入微量杂质元素N型半导体P型半导体1、N型半导体掺入微量五价元素，某些Si使原子被P原子代替后，会产生一个多余的价电子（容易成为自由电子）P+SiSiSi自由

电子浓度大大增加，电子导电是主要导电方式自由电子：多数载流子空穴：少数载流子PP+2、P型半导体掺入微量三价元素，硼原子与硅原子形成共价键时因缺少一个电子而产生一个空位，临近原子的价电子容易被吸引过来补充该空穴。BSiSiSi空穴浓度大大增加，空穴导电是主要导电方式自由电子：少数载流子空穴：多数载流子BB—一、PN结的形成

§1.2PN结及其单向导电性将N型半导体和P型半导体拼在一起，其交界面处将形成一个PN结PN内电场+++PNP区空穴浓度大，空穴由P区向N区扩散，在交界面附近的P区留下一些负离子N区电子浓度大，电子由N区向P区扩散，在交界面附近的N区留下一些正离子正负离子形成空间电荷区——PN结PN内电场+++内电场阻止P区及N区的多数载流子继续扩散有利于P区及N区的少数载流子的运动——漂移一开始是多数载流子的扩散占主导，最后扩散与漂移形成动态平衡PN内电场+++二、PN结的单向导电性1、外加正向电压——P区接电源正极、N区接电源负极

内外电场方向相反，内电场被削弱，空间电荷区变窄，多数载流子的扩散加强，形成较大的电流。PN内电场方向外电场方向PN结处于导通状态，导通时PN结呈低阻2、外加反向电压——N区接电源正极、P区接电源负极PN内电场方向外电场方向内外电场方向相同，内电场被加强，空间电荷区变宽，多数载流子的扩散被阻止，只有由少数载流子漂移形成的很小的电流。PN结处于截止状态，此时PN结呈高阻结论：PN结正向导通，反向截止；导通时呈低阻，截止时呈高阻。

——PN结的单向导电性2、如何用三用表判断二极管的P端，N端问题：1、不加电阻R是否可以？PN内电场方向外电场方向一、基本结构

§15-3半导体二极管NPD表示符号（2）

U

>死区电压，U↑→I↑↑二、伏安特性（1）当U<死区电压时，外电场不足以削弱内电场，I=01、

当U

>0时I（mA）正向死区电压

Si0.7VGe0.3V反向反向饱和电流U（BR）U（V）（1）当|U|<U(BR)（反向击穿电压）时，二极管只存在少数载流子漂移，从而形成较小的反向饱和电流

2、

U

<

0I（mA）正向死区电压

Si0.7VGe0.3V反向反向饱和电流U（BR）U（V）（2）若|U|>U(BR)，少数载流子的高速运动将其他被束缚的价电子撞击出来，如此形成连锁反应，使得二极管中载流子剧增，形成很大的反向电流——反向击穿

I（mA）正向死区电压

Si0.7VGe0.3V反向反向饱和电流U（BR）U（V）三、主要参数1、最大整流电流IOM二极管长时间使用时，允许通过二极管的最大正向平均电流。当电流超过允许值时，PN结将过热而使管子损坏2、反向工作峰值电压URWM一般为反向击穿电压的一半或三分之二3、反向峰值电流IRM二极管上加URWM

时的反向电流值。如果该值大，则说明二极管的单向导电性能差。四、含二极管电路的计算1、一般可将二极管视为理想元件（死区电压认为是零）

（1）正向导通时，二极管元件上的正向导通压降可认为是零，正向电阻为零（将其视为短路）（2）反向截止时，二极管反向电阻无穷大，反向电流为零（开路）2、电路分析方法：（1）对于含一个二极管的电路，先将二极管从电路中分离出来，求出其阳、阴两极的开路电压，如果该电压大于零，则二极管导通，否则截止。（2）如果电路中含多个二极管，则应断开所有二极管，求出各管所承受的电压，其中承受正向电压最大者优先导通，遂将其短路，接着再分析其他二极管解：将D开路，求其两端开路电压U，

若U>0，则D导通；反之D截止。故D导通，U0=0V

例1：已知D为理想二极管，求U0=？

+4V+4V例2：若E=-4V，求U0=？

故D截止，U0=

-2V+4V例3：若将E改为ui，求U0解：+例：已知，画的波形。

解：思考：画电阻两端电压