第1章 半导体元件及其特性课件.ppt

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1、退出第1章半导体元件及其特性二极管半导体基础知识与PN结晶体管场效应管本章小结退出1.1半导体基础知识与PN结主要要求：了解半导体材料的基本知识理解关于半导体的基本概念理解PN结的形成掌握PN结的单向导电作用退出1.半导体的特点半导体是制造电子器件的主要原料，它的广泛应用不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是它的电阻率可以随温度、光照、杂质等因素的不同而呈现显著的区别。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导体半导体热敏性光敏性1.1.1半导体的特点绝缘体杂敏性退出2.本征半导体常用的半导体材料有硅

2、（Si）和锗（Ge），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本征半导体。硅和锗的外层价电子都是4个，所以都是4价元素，右图是硅和锗的原子结构示意图。（a）硅原子结构（b）锗原子结构退出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：价电子（热激发）自由电子-空穴对（1）温度越高，自由电子-空穴对数目越多；（2）自由电子-空穴数目相等，对外不显电性。硅（锗）原子在晶体中的共价键排列复合

3、平衡退出注意：半导体与导体不同，内部有两种载流子参与导电——自由电子与空穴。在外加电场的作用下，有：I=In（电子电流）+Ip（空穴电流）空穴导电的实质是价电子的定向移动！退出3.掺杂半导体本征半导体实际使用价值不大，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N型半导体P型半导体退出（1）N型半导体——杂质为少量5价元素，如磷（P）；（2）P型半导体——杂质为少量3价元素，如硼（B）。N型磷原子自由电子自由电子——多数载流子空穴——少数载流

4、子载流子数电子数P型硼原子空穴空穴——多子自由电子——少子载流子数空穴数退出注意：无论是N型还是P型半导体都是电中性，对外不显电性！！！退出1.1.2PN结形成与特性什么是PN结？PN结是P型与N型半导体区域交界处的特殊带电薄层，具有特殊的单向导电性，是半导体元器件制造的基础单元。退出载流子浓度差复合(耗尽层)内电场阻碍多子扩散帮助少子漂移扩散漂移动态平衡注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即I=0。内电场1.PN结的形成多子扩散空间电荷区平衡PN结P区N区2.PN结的特性（1）PN结的正向导通特性——正偏导通（P区

5、电位高于N区）内电场外电场所以，正偏时扩散运动增强，漂移运动几乎减小为0，宏观上形成很大的正向电流IF。外电场越强，正向电流越大，PN结的正向电阻越小。P区N区多子空穴多子自由电子正向电流IF+UR退出+UR2.PN结的特性（1）PN结的反向截止特性——反偏截止（P区电位低于N区）P区N区少子自由电子少子空穴反向电流IR内电场外电场所以，反偏时漂移运动增强，扩散运动几乎减小为0，由于少子数目较少，宏观上形成极小的反向电流IR（接近于0）。外电场增强，反向电流也几乎不增加，PN结的反向电阻很大。退出要记住：（1）外加正向电压

6、时PN结的正向电阻很小，电流较大，是多子扩散形成的；（2）外加反向电压时PN结的反向电阻很大，电流极小，是少子漂移形成的。要注意：PN结电路中要串联限流电阻。退出退出1.2二极管主要要求：了解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退出1.2.1二极管的结构与类型一个PN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P区引出的引线叫做阳极或正极、从N区引出的引线叫做阴极或负极。常用D（Diode）表示二极管。图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。退出分类：按材料分硅二极管锗二极管

7、按结构分点接触型面接触型点接触型金属触丝N型锗P型层阳极阴极面接触型P型扩散层锡支架N型硅SiO2保护层阴极阳极1.2.2二极管的特性与参数1.二极管的伏安特性半导体二极管的内部就是一个PN结，因此二极管具有和PN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：u/Vi/mA正向特性死区电压反向特性IS0μA击穿电压击穿特性反向电流硅管2CP12锗管2AP9退出一般小功率硅二极管与锗二极管几个典型参数的比较：死区电压硅管——0.5V锗管——0.1V正向导通压降UF硅管——0.7V锗管——0.3V反向电流IR硅管——几μ

8、A以下锗管——几十到几百μA退出PN结的正向和反向电流与外加电压的关系可以用公式表示为：反向饱和电流温度的电压当量，常温下：UT=26mV当U>0时为正向特性；当U<0时为反向特性。退出2.二极管的主要参数（1）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