半导体器件基础.ppt

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1、课题二半导体器件基础7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴本章重点：半导体二极管的单向导电性及其应用，晶体三极管的放大原理，三极管的输入特性曲线和输出特性曲线。半导体二极管外形半半导体三极管外形7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴1.1.1半导体基础知识1．半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）等。2．本征半导体：纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。3．共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。4．半导

2、体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。5．半导体的特性热敏特性和光敏特性:即温度升高或受到光照，半导体材料的导电能力增强。掺杂特性即在本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后，它的导电能力增强，利用该特性可形成杂质半导体。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴(1)N型半导体:四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷，就形成了N型半导体。(2)P型半导体:在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)就形成P型半导体。总结：(1)N型半导体中自由电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，

3、简称少子。(2)P型半导体中空穴为多子，自由电子为少子。(3)杂质半导体中，多子的浓度与掺杂浓度有关，而少子温度只与温度有关。(4)空位与空穴：P型半导体形成共价键过程中所形成的空缺的位子为空位，而邻近共价键中电子填补这一空位而形成的空位称为空穴。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴1.1.2二极管的结构、类型、电路符号1．通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有单向导电性的薄层，称为PN结（PNJuntion）。2．以PN结为管芯，在结的两侧，即P

4、区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管（Diode）。3．半导体二极管内部结构示意图和电路符号见图1.1.3，电路符号箭头方向表示二极管导通时的电流方向。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴图1.1.3二极管内部结构示意图和电路符号a)内部结构b)电路符号7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴4．二极管的分类(1)按所用材料不同划分：硅管和锗管；(2)按制造工艺不同划分：点接触型(如图1.1.4(a)所示)和面接触型(如图1.1.4(b)所示)；其中，点接

5、触型PN结的结电容（Junctioncapacitance）很小，允许通过的电流也很小（几十毫安以下），故适用于高频检波、变频、高频振荡等场合。如国产检波二极管2AP系列和开关二极管2AK系列。面接触型二极管PN结面积大，允许通过的电流较大，结电容也大，适用于工作频率较低的场合，一般用作整流器件。如国产硅二极管2CP和2CZ系列。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴5．国产半导体器件命名方法见下图所示，半导体器件的型号由五个部分组成。如2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P

6、”表示普通管,“9”表示序号。查附录表A—1练习：说明半导体器件的型号2AP8A和2CZ82F各部分的含义。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴1.1.3二极管的伏安特性(Volt-amperecharacteristics)1．二极管的伏安特性方程为：I=Is(－1)(1.1.1)式中，Is为反向饱和电流，室温下为常数；u为加在二极管两端电压；UT为温度的电压当量，当温度为室温27℃时，UT≈26mV。当PN结正向偏置时，若u≥UT，则式（1.1.1）可简化为：IF≈ISeu/UT。当PN

7、结反向偏置时，若︱u︱≥UT，则式（1.1.1）可简化为：IR≈－IS。可知-IS与反向电压大小基本无关，且IR越小表明二极管的反向性能越好。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴2．二极管的伏安特性曲线如图1.1.6所示，二极管的伏安特性曲线分为三部分：(1)正向特性：如图OABC段所示，其中OA段为死区，AB段为缓冲区，BC段为正向导通区。缓冲区对应有二极管导通压降UF，只有当u≥UF时，二极管才处于完全导通状态。硅二极管UF为0.7~0.8V,一般取0.7V，锗管UF为0.2~0.3V，通

8、常取0.2V。当二极管为理想二极管时，UF=0。(2)反向特性：如图OD段所示，二极管处于截止状态，在电路中相当于开关处于关断状态。(3)反向击穿特性：如图所示，反向电流在E处急剧上升，这种现象称之为反向击穿（Reversebreakdown），此时所对应的电压为反向击穿电压UBR。对于非特殊要求的二极管，反向击穿时会使二极管PN结过热而损坏。7/28/2021广西机电职业技术学院李广兴3.温度对二极管特性的影响半导体二极管的导电特性与温度有关，伏安特性