电工电子技术常用半导体器件课件.ppt

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1、电工电子技术第7章常用半导体器件1本征半导体、杂质半导体、PN结。2二极管、三极管。3场效应晶体管。知识点：要求掌握：1半导体的基础知识。2PN结单向导电特性。3二极管的伏安特性4稳压二极管的稳压原理。5三极管的输入和输出特性曲线。了解：1发光二极管的发光原理。2场效应晶体管的结构和工作原理。半导体器件是组成电子电路的核心部件，它们的基本结构、工作原理、特性及参数是学习电子技术和分析电子电路的基础。本章首先介绍常用纯净半导体和杂质半导体的导电性及由两种杂质半导体构成PN结的导电性。然后从

2、结构、工作原理和伏安特性等方面，介绍二极管、三极管、场效应晶体管等常用器件。第7章常用半导体器件7.1半导体的基础知识铜、银、铝等金属材料是很容易导电的，称为导体；陶瓷、塑料、橡胶、玻璃等材料却不容易导电，称为绝缘体。导体的导电性能良好，电阻率很低，在10-8～10-6Ω·m之间。例如，铜的电阻率为1.57×10-8Ω·m。绝缘体的导电能力很差，电阻率很高，在108～1016Ω·m之间。例如，橡胶的电阻率为1016Ω·m。自然界除了导体和绝缘体外，还存在一类物质，它的导电特性介于导体和绝缘体之间，它既不像导

3、体那样容易导电，也不像绝缘体那样很难导电，这类物质称为半导体。半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，比较典型的数值为10-5～107Ω·m。例如，纯锗在室温时电阻率为0.47Ω·m。半导体之所以引起人们的注意，得到广泛的应用，其主要原因不是由于电阻率在数值上与导体和绝缘体有差别，而在于它的电阻率在受热、光照、掺杂等作用下将出现很大变化。主要表现在以下3个方面：7.1.1本征半导体（1）热敏性半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着温度的上升而明显下降，例如，半导体材料纯锗，当温度从20℃上升到32℃时，它的电阻

4、率将减小一半左右。利用这种特性很容易制成热敏电阻或其他的温度敏感的传感器。（2）光敏性半导体对光的反应也很灵敏，其电阻率因光照的不同而改变，光照愈强，电阻率愈低，例如，硫化镉薄膜电阻，无光照时电阻为几十兆欧姆，当光照射后电阻只有几十千欧姆。利用这一性质，可以做成各种光敏元器件，如光敏电阻、光敏二极管等。（3）掺杂性半导体的电阻率受杂质影响很大，这一点与导体及绝缘体截然不同。在纯净的半导体中即使掺入极微量的杂质，也能使其电阻率大大降低。例如，在纯硅中加入百万分之一的硼，它的电阻率就从约2×103Ω·m降到4×

5、10-3Ω·m左右。不仅如此，选择不同类型的杂质，还可改变半导体的导电类型。人们利用了半导体的这一特点，通过各种工艺手段，控制半导体中的杂质的数量和性质，从而制成了各种不同性能的半导体器件。7.1半导体的基础知识一个硅原子由带正电的原子核和围绕它的14个带负电的电子组成，这些电子按一定规律分布在3层电子轨道上，如图7.1(a)所示；图7.1(b)为锗原子结构。硅和锗原子都是4价元素，其最外层轨道上的4个电子受原子核束缚力较小，叫做价电子，原子结构简化如图7.2所示。7.1半导体的基础知识图7.1硅和锗的原子

6、结构图7.2原子结构简化图7.1半导体的基础知识在硅单晶体中掺入微量5价元素，如磷（或砷、锑）等，磷原子的最外层电子轨道上有5价电子，其中4个和周围的硅原子构成共价键，还有一个电子多余，如图7.4(a)所示。这个多余的电子受原子核的束缚很微弱，在室温下，容易受热激发获得能量摆脱磷原子核对它的束缚而成为自由电子。而每个磷原子都能提供一个自由电子，磷原子失去一个电子，本身便成为一个带正电离子。它固定在晶格中，不能移动，共价键中的电子也不可能来填补它，所以没有空穴产生。而半导体中的自由电子的数量远远多于空穴的数量

7、，这种半导体称为电子型半导体或N型半导体。在N型半导体中，电子是传递电流的主要带电粒子，被称为多数载流子；空穴被称为少数载流子。7.1.2杂质半导体1.N型半导体本征半导体的导电能力很差，实际的用处不大。但是如果在本征半导体中有选择地掺入微量的某种杂质元素，情况就不同了。杂质可以改变半导体中载流子的浓度，从而达到人为控制半导体电阻率的目的。杂质半导体分为N型半导体和P型半导体。7.1半导体的基础知识图7.4硅单晶体掺杂示意图7.1半导体的基础知识在硅单晶体中掺入微量3价元素，如硼元素（或铝、铟）等，如图7.

8、4(b)所示。由于硼的价电子只有3个，当它和周围的硅原子形成共价键时，缺少一个电子，形成不稳定的结构，硼原子很容易从邻近的共价键中夺取一个电子，形成一个带负电的离子。而在失去电子的共价键中形成一个空穴。在这种半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体。在P型半导体中，空穴是传递电流的主要带电粒子，被称为多数载流子；电子被称为少数载流子。需要指出的是，N型和P型半导体都