第9章半导体二极管和三极管..ppt

1、电气工程专业、东华理工高等院校、机械电子工程学学院基础教学部、下篇电子技术、模拟计程仪电子技术晶体管基础放大电路运算放大器电路直流电源、数字电子技术组合逻辑门电路时序逻辑门电路、下篇、电子技术自20世纪初开始，真空与半导体电子数据老虎钳、检波、放大及开关等功能相继被发现， 自从1948年美国美国贝尔实验室发明半导体晶体管星空卫视以来，半导体电子老虎钳逐渐成为电子管的应用电子技术主角，经历了离散老虎钳、IC集成电路、大规模和超大规模的IC集成电路。 在应用领域涉及广播、通讯、测量和控制的今天，计算机以高科技的载体进军各个领域，为人类文明的发展确立了宏伟的里程碑。 划时代的半导体电子的发明在50年

2、的今天，收听广播、看看电视已成为日常生活中最常见的事情。 电脑在普通的某家。 在享受现代科学技术成果的时候，人们未必在身边的收音机、电视机、电脑中，发生过几次翻天复地的大革命。 第一次大革命发生在1906年。 那一年，美国人福斯特发明了真空晶体管。 由该真空晶体管和其他几个元件(电阻、电容、电感量等)构成放大电路，能将无线电接收的信号放大10倍、100倍甚至千倍。 这样，无线电可接收更远的无线电台，音量更大且音质更好。 真空被真空中流动的电子放大，所以也被称为电子管。 真空管体积大，电功耗多，发热值大，寿命也不一盏茶，缺点也不少。 到了20世纪40年代，人们使收音机和其他电子设备小型化，寿命长

3、，可靠性高，难以使用真空管。 于是，电子领域的第二次革命爆发了。 晶体管革命在20世纪30年代，美国的贝尔实验室里有三个值得关注的人物：研究部主任马文凯利、研究人员布拉顿、肖克利。 凯莉是一位独创的科技管理者，他意识到在30年代中期，用于电话总机的机电继电器的动作速度太慢，如果不淘汰的话，就会影响电话技术的进步。 1936年，凯莉向肖克利明确指出，为了应对通讯业务的增加，电话的机械交换一定会被电子交换所取代。 真空管还有许多致命的弱点，迫切需要寻求新材料、新原理化学基建构的新电子老虎钳。 1956年12月10日，肖克利、巴丁、布拉顿经过20年的努力，终于克服了这个问题，开发了晶体管。 因此，他

4、们从瑞典国王那里拿到了诺贝尔物理奖的证明书。 他们献给人类的，不仅是伟大的技术发明，也是半导体物理学划时代的新发现。 晶体管星空卫视的发明是电子领域的革命。 与电子管相比，晶体管星空卫视的体积只有百分之一，电功耗也只有百分之一，但寿命却长100倍。 晶体管星空卫视强行占领了真空管占领的舞台，到50年代末使用晶体管星空卫视的收音机和电视变得很常见。 到了50年代末，人们越来越强烈地感觉到，相互独立的零配件、德老虎钳的小型化道路已经接近尾声。 这是因为电路复杂，内部含有很多零配件，这些个的“零配件”之间必须用导线连接。 大量的导线也限制了电路体积的缩小。 科技发展的关键时刻，往往需要富有想象力的科

5、学家创造新观念。 1958年，出现了两个人物：基红宝石和诺伊斯。 1958年9月12日，基红宝石的第一个IC集成电路实验成功了。 在这一年里，美国仙童公司的RN诺伊斯也开发出了第一个IC集成电路芯片。 到今天，IC集成电路已经有四十多年的历史了。 在这四十多年中，IC集成电路发生了很大的变化。 首先，说一个芯片上可以聚集多少个去老虎钳。1958年，IC集成电路诞生的时候，该芯片只有5个零配件。1971年发明的微处理器，1989年因特尔公司80486芯片，上面集成了300个数据老虎钳，如今集成了120万个晶体管星空卫视，只有一个来看看IC集成电路内的半导体迪老虎钳的大小： 1959年下降到约10

6、0m，1961年下降到25m。 1984年开发的1兆二进制位半导体存储器线宽约为1微米，1990年的64兆比特半导体存储器线宽降到了0.3微米。 截止到2004年，线宽仅为0.1微米。 0.1微米是一般原子尺度的约100倍，IC集成电路和分子电路已经接近。 另外，芯片的进步也体现在运算速度上。 时钟频率决定芯片完成一次运算的速度。 目前，高性能微处理器的运算速度达到每秒近10亿次，第9章、半导体二极管和晶体管、9-1 .半导体的导电特性、9-2 .半导体二极管、9-3 .稳定杆、9-4 .半导体晶体管、绝缘体：有些物质几乎不导电，称为绝缘体半导体：另一种物质的导电特性位于导体和绝缘体之间，称为

7、半导体，有锗、硅、砷化镓和硫化物、氧化物等。 9-1 .半导体的导电特性、半导体-导电能力介于导体和半导体之间的材料。 常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。 半导体材料大多作为结晶存在。 半导体材料的特性：纯粹的半导体的导电能力差，由于温度上升导致的导电能力的增强，由于光照射导致的导电性的提高，配合少量的杂质，导电性提高。 完全纯结晶的半导体，一、本征半导体，最常用的半导体是硅(Si )和锗(Ge )。 这些个的共同特征是4价元素体，每个原子的最外层电子数是4。 Si、Ge、完全纯且具有结晶构造的半导体被称为本征半导体。 晶体中的原子排列方式、单晶硅中的共价键健结构、共价

8、键健、共价键中的两个电子被称为价电子。 相邻的原子由外层电子形成共价键，价电子、价电子在得到一定的能量(受到温度上升或光)后，可脱离原子核的束缚，成为自由电子(带负电)，在云同步共价键上残留空穴，被称为空穴(带正电)。 本征半导体的导电反应历程，这种现象称为本征激励。 空穴、温度越高，结晶中产生的自由电子越多。 自由电子通过外部电场，将邻接的原子的价电子吸引填埋，在该原子出现1个空穴，结果，相当于空穴的移动(相当于正电荷的移动)。 向半导体两端施加外部电压时，在半导体上出现2个电流(1)自由电子进行方向性运动的电子电流(2)价电子递归地补充空穴电流，(1)在本征半导体中载流子数极少，其导电性能

9、越差，留心(2)温度越高，载流子数越多，半导体的导电性能也越好。 因此，温度对半导体去老虎钳的性能有很大影响。 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对发生时，不断地与云同步复合。 在一定温度下，载流子瓦斯气体的产生和复合动态平衡，半导体中的载流子瓦斯气体维持一定的数量。 本征半导体的导电反应历程在掺杂后自由电子数大幅增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，被称为电子半导体或n型半导体。 导入5价元素体、多佑电子、磷原子后，在常温下变成自由电子，失去一个电子变成正络离子，向本征半导体中导入微量的杂质(某元素体)形成非本征半导体。 在n型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数

10、载流子。2.n型半导体和p型半导体掺杂后的空穴数大幅增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，被称为空穴半导体或p型半导体。 引入三价元素体后，在p型半导体中，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。 硼原子接受一个电子，成为还原离子、空穴，n型和p型都是中性的，不在外部电出现。 1 .非本征半导体中多分子的数量与(a .掺杂浓度、b .温度)有关。 2 .非本征半导体中的少子数量与(a .道格大头针浓度，b .温度)有关系。 3 .温度上升的话少子的数量(a .减少，b .不变，c .增加)。 根据a、b、c、4 .施加电压，p型半导体中的电流主要是n型半导体中的电流。 (a .电子电流、

11、b .空穴电流、b、a、思考、三、形成PN结电容、 在耗尽了载流子的边界残留不能移动的络离子而形成空间电荷区域(内部电场)一片晶片的两边分别是p型半导体和n型半导体。 内部电场阻碍了多子的继续扩散。 载流子瓦斯气体的运动有两种方式，即通过载流子瓦斯气体浓度梯度使从高浓度区域向低浓度区域的载流子瓦斯气体运动扩散。 漂移载流子受到电场的作用而向电场力方向移动。 耗尽层中载流子瓦斯气体的扩散和漂移运动最后达到动态平衡，这种耗尽层是PN结电容。 PN结电容内的电场方向从n区域朝向p区域。 多子的扩散运动、少子的漂移运动、浓度差、p型半导体、n型半导体、内部电场越强漂移运动越强，漂移导致空间电荷区域变薄

12、。 扩散的结果是扩大了空间电荷区域。 空间电荷区也称为PN结电容，扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，并且空间电荷区的厚度是恒定的。 形成、空间电荷的区域、一、PN结电容的形成、1 .对PN结电容施加顺向电压(正向偏压)，PN结电容变窄，p正切、n相接负、IF、内部电场减弱，多子的扩散变强，对PN结电容施加顺向电压则PN结电容变窄，正向电流变大，正向电阻变小，PN结成为导通状态。 2 .对PN结电容施加反向电压(反向偏置)、p接负、n接正、PN结电容扩大，2 .对PN结电容施加反向电压(反向偏置)，内部电场增强，少子漂移增强，少子数少，因此形成微小的反向电流。 IR、p接负、n接正、温

13、度越高少子数量越多，反向电流随温度增加。 向PN结电容施加反向电压后，PN结电容变宽，反向电流变小，反向电阻变大，PN结电容变为截止状态。1 .点接触型，2 .面接触型，接合面积小，接合电容小，正向电流小。 用于检波和频率转换等的射频波电路。 用于接合面积大、正向电流大、接合电容大、商用频率大的电流整流电路。 3 .平面模具用于IC集成电路制造工艺。 PN结电容的结面积也可以很小，可以用于射频波整流和开关电路。 9-2 .半导体二极管、一、二极管的构造和分类、二极管的电路符号：半导体二极管的构造和符号、二极管的构造图像、符号、d、二、二极管的伏安图特性、硅管0.5V、锗管0.1V、反向击穿电压

14、U(BR )、导通电压降、施加电压是死区电压施加电压大于反向击穿电压的二极管被破坏，失去单向式导电性。 顺向特性、逆向特性、特点：非线性、硅0.60.8V锗0.20.3V、死区电压、逆向电流在一定电压范围内保持恒定。 三、二极管的主要残奥仪表、1 .最大整流电流IOM、二极管长期使用时，允许二极管中流过的最大正向平均电流。 2 .反向操作尖峰电压URWM是提供使得二极管不破坏的反向尖峰电压，即，二极管反向破坏电压UBR的一半或三分之二。 二极管破坏后单向式导电性被破坏，进一步过热烧损。 3 .反向尖峰电流IRM是指对二极管施加最高反向动作电压时的反向电流。反向电流越大，表示管的单向式导电性越差，IRM受到温度的影响，温度越高，反向电流越大。 硅管的反向电流小，锗管的反向电流大，是硅管的几十到几百倍。 二极管的单向式导电性，1 .对二极管施加顺向电压(正向偏压、阳极正切、阴极正切)时，二极管处于正向导通状态，二极管的正向电