第1章半导体元件及其特性机械121

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1、退出退出第第 1 1 章章半导体元件及其特性半导体元件及其特性 二极管二极管半导体基础知识与半导体基础知识与PN结结晶体管晶体管退出退出1.1 半导体基础知识半导体基础知识与与PNPN结结 主要要求：主要要求： 了解了解半导体半导体材料的基本知识材料的基本知识理解关于理解关于半导体半导体的基本概念的基本概念理解理解PNPN结的形成结的形成掌握掌握PNPN结的单向导电作用结的单向导电作用退出退出 1.半导体的特点半导体的特点 自然界中的物质按导电性能可以分为自然界中的物质按导电性能可以分为 半导体导电特性独有的特点半导体导电特性独有的特点导体导体半导体半导体热敏性热敏性光敏性光敏性1.1.1 半

2、导体的特点半导体的特点绝缘体绝缘体杂敏性杂敏性退出退出 2.本征半导体本征半导体 常用的半导体材料有常用的半导体材料有硅（硅（Si）和和锗（锗（Ge），高纯度，高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净的、原子结构排列整齐的半导体称为的、原子结构排列整齐的半导体称为本征本征半导体。半导体。 硅和锗的硅和锗的外层价电子都外层价电子都是是4个，所以个，所以都是都是4价价元素，元素，右图是硅和锗右图是硅和锗的原子结构示的原子结构示意图。意

3、图。（a）硅原子结构）硅原子结构 （b）锗原子结构）锗原子结构退出退出 这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示：原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示：价电子（本征激发）价电子（本征激发）自由电子自由电子-空穴对空穴对（1）温度越高，自由电子）温度越高，自由电子-空穴空穴对数目越多；对数目越多；（2）自由电子）自由电子-空穴数目相等，空穴数目相等，对外不显电性对外不显电性。硅（锗）原子在晶体中的共价键排列硅（锗）原子在晶体中的共价键排列退出退出 3.掺杂半导体掺杂半导体 本征半导体实际使

4、用价值不大，但如果在本征半导体中掺入微量某种杂质元素，就形成了广泛用来制造半导体元器件的N型和P型半导体。 根据掺入杂质的不同掺杂半导体可以分为根据掺入杂质的不同掺杂半导体可以分为N型半导体型半导体P型半导体型半导体退出退出 （1）N型半导体型半导体杂质为少量杂质为少量5价元素，如磷（价元素，如磷（P）；）； （2） P型半导体型半导体杂质为少量杂质为少量3价元素，如硼（价元素，如硼（B）。）。 N 型型磷原子磷原子自由电子自由电子自由电子自由电子多多数载流数载流子子空穴空穴少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子自由电子自由电子 少子少

5、子载流子数载流子数 空穴数空穴数退出退出注意：注意： 无论是无论是N型还是型还是P型半导体都是电型半导体都是电中性，对外不显电性！中性，对外不显电性！退出退出退出退出内电场内电场 1.PN结的形成结的形成 P区区N区区1.1.2 PN结形成与特性结形成与特性 2.PN结的特性结的特性 （1）PN结的正向导通特性结的正向导通特性正偏导通（正偏导通（P区电位高于区电位高于N区）区）正向电流正向电流IF+ UR退出退出 +UR 2.PN结的特性结的特性 （1）PN结的反向截止特性结的反向截止特性反偏截止（反偏截止（P区电位低于区电位低于N区）区）反向电流反向电流IR退出退出要记住：要记住：（1）外加

6、正向电压时）外加正向电压时PN结的正向电阻结的正向电阻很小，电流较大，是多子扩散形成的；很小，电流较大，是多子扩散形成的； （2）外加反向电压时）外加反向电压时PN结的反向电阻结的反向电阻很大，电流极小，是少子漂移形成的。很大，电流极小，是少子漂移形成的。要注意：要注意： PN结电路中要串联限流电阻。结电路中要串联限流电阻。退出退出退出退出1.2 二极管二极管主要要求：主要要求： 了解了解半导体二极管的结构、类型、特性与参数半导体二极管的结构、类型、特性与参数掌握半导体二极管在电子技术中的应用掌握半导体二极管在电子技术中的应用退出退出1.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型 一个一个P

7、N结加上相应的外引线，然后用外壳封结加上相应的外引线，然后用外壳封装就成为最简单的二极管了，其中，从装就成为最简单的二极管了，其中，从P区引出的区引出的引线叫做阳极或正极、从引线叫做阳极或正极、从N区引出的引线叫做阴极区引出的引线叫做阴极或负极。或负极。 常用常用D （Diode）表示二极管。）表示二极管。 图中的箭头表示正偏时图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。的正向电流方向。退出退出分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型金属触丝金属触丝N 型锗型锗P型层型层阳极阳极阴极阴极 面接触型面接触型P型扩散层型扩

8、散层锡锡支架支架N型硅型硅SiO2保护层保护层阴极阴极阳极阳极1.2.2 二极管的特性与参数二极管的特性与参数 1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 半导体二极管的内部就是一个半导体二极管的内部就是一个PN结，因此二极管具结，因此二极管具有和有和PN结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲线如下图所示：线如下图所示：u/Vi/mA正向特性正向特性死区死区电压电压反向特性反向特性IS0A击穿击穿电压电压击穿特性击穿特性反向反向电流电流硅管硅管2CP12锗管锗管2AP9退出退出导通导通电压电压 一般小功率硅二极管与锗二极管几个典型参数的比较：死区电压死区

9、电压硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管0.2V0.2V正向导通压降正向导通压降U UF F硅管硅管0.7V0.7V锗管锗管0.3V0.3V反向电流反向电流I IR R硅管硅管几几A A以下以下锗管锗管几十到几百几十到几百A A退出退出 2.二极管的主要参数二极管的主要参数 （1）最大整流电流）最大整流电流IFM指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压URM指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，URM通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。通常是反向击穿