半导体整套课件完整版电子教案最全PPT整本书课件全套教学教程

1.正向特性 图1-10所示曲线①部分为正向特性。在二极管两端加正向
电压较低时，由于外电场较弱，还不足以克服PN结内电场 对多数载流了扩散运动的阻力，所以正向电流很小，几乎为 零。此时二极管呈现出很大的电阻。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管
2.反向特性 图1-10所示曲线②部分为反向特性。二极管两端加上反向
电压时，由于少数载流子漂移而形成的反向电流很小，且在 一定的电压范围内基本上不随反向电压而变化，处于饱和状 态，所以这一段电流称为反向饱和电流IR。硅管的反向饱和 电流约在1μA至几十微安，锗管的反向饱和电流可达几百微 安，如图1-10的OC(OC’)段所示。 3.反向击穿特性 如图1-10中曲线③部分所示，当反向电压增加到一定数值 时，反向电流急剧增大，这种现象称为一极管的反向击穿。 此时对应的反向击穿电压用UBR表示。
1.4.2 晶体三极管的工作原理
三极管有两个按一定关系配置的PN结。由于两个PN结之间 的互相影响，使三极管表现出和单பைடு நூலகம்PN结不同的特性。三 极管最主要的特性是具有电流放大作用。下面以NPN型二极 管为例来分析。
1.电流放大作用的条件 三极管的电流放大作用，首先取决于其内部结构特点，即发
射区掺杂浓度高、集电结面积大，这样的结构有利于载流子 的发射和接收。而基区薄且掺杂浓度低，以保证来自发射区 的载流子顺利地流向集电区。其次要有合适的偏置。三极管 的发射结类似于二极管，应正向偏置，使发射结导通，以控 制发射区载流子的发射。而集电结则应反向偏置，以使集电 极具有吸收由发射区注入到基区的载流子的能力，从而形成 集电极电流。
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体
不含杂质且具有完整品体结构的半导体称为本征半导体。最 常用的本征半导体是锗和硅品体，它们都是四价元素，在其 原子结构模型的最外层轨道上各有四个价电子。在单品结构 中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有， 形成了如图1-1所示的共价键结构，图中的+4表示四价元素 原子核和内层电子所具有的净电荷。本征半导体在温度 T=0K(热力学温度)目没有其他外部能量作用时，其共价键 中的价电子被束缚得很紧，不能成为自由电子，这时的半导 体不导电，在导电性能上相当于绝缘体。但是，当半导体的 温度升高或给半导体施加能量(如光照)时，就会使共价键中 的某些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自 由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个现象称为本征 激发，如图1-2所示，自由电子是本征半导体中可以参与导 电的一种带电粒子，叫做载流子。
下一页 返回
1.3 特殊二极管
稳压二极管的主要参数有： 1.稳定电压UZ 稳定电压UZ就是稳压一极管的反向击穿电压，也就是稳压一
极管在正常的反向击穿工作状态下管了两端的电压。由于工 艺方面和其他原因，即使同一型号的稳压二极管，其实际稳 定电压值并不完全相同，而具有一定的分散性。所以在乎册 中给出的是某一型号管了的稳定电压范围。使用时要进行测 试，按需要挑选。 2.稳定电流IZ和最大稳定电流IZmax。 稳定电流IZ是指工作电压等于稳定电压时的反向电流，最大 稳定电流IZmax是指稳压一极管允许通过的最大反向电流。 使用稳压二极管时，要限制其工作电流不能超过IZmax，否 则可能使稳压二极管发生热击穿而损坏。
了内电场，使PN结变薄，有利于两区多数载流子向对方扩 散，形成正向电流，此时PN处于正向导通状态。 (2) PN结反向偏置 给PN结加以反向偏置电压，即N区接电位高端，P区接电位 低端，此时PN结反向偏置(简称反偏)，如图1-7所示。
上一页
返回
1.2 半导体二极管
1.2.1二极管的结构
1.结构和符号 半导体一极管的主要构成部分就是一个PN结。在一个PN结
上一页
下一页 返回
1.1 半导体基础知识
2. PN结的单向导电性 在PN结的两端外加电压，称为结PN结的偏置电压。 (1) PN结正向偏置 给PN结加正向偏置电压，即P区接电位高端、N区接电位低
端，此时称PN结为正向偏置(简称正偏)，如图1-6所示。 PN结正偏时，外电场与PN结产生的内电场方向相反，削弱
下一页 返回
1.1 半导体基础知识
价电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位子上就会形 成一个空位，称为空穴。在本征半导体中，自由电子和空穴 是成对出现的。原子失去价电子后带正电，可等效看成带正 电的空穴。空穴很容易吸引邻近共价键中的价电子来填补这 个空穴，因而使这个邻近的原子也因失去价电子而产生新的 空穴。这个空穴又会被其他价电子填补，又产生一个新的空 穴，如此下去，就好像是带正电的空穴在移动一样。实际上 空穴是没有移动的，移动的只是价电子。于是空穴可以被看 作是带正电的载流子。
上一页
返回
1.4 半导体三极管
1.4.1 晶体三极管的基本结构
二极管的种类有很多，外形也不尽相同，但它们的基本结构 却相同，都是通过一定的工艺在一块半导体基片上制成两个 PN结，再引出二个电极，然后用管壳封装而成。按半导体 的组合方式不同，其可分为PNP型和NPN型。图1-14所小 为儿种常见三极管的外形。
二极管。 (3)按用途分，有整流、稳压、开关、发光、光电和变容等
二极管。 (4)按功率分，有大功率、中功率和小功率等二极管。 (5)按封装形式分，有塑封和金属封等二极管。 常用的半导体二极管的外形如图1-9所示。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管
1.2.2 二极管的伏安特性
二极管的伏安特性就是加在二极管两端的电压与流过二极管 的电流之间的关系。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标。 用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来，就 正间电流构成了二极管的伏安特性曲线。图1-10所示为通 过实验测出的硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线(实线为硅 二极管的伏安特性，虚线为锗二极管的伏安特性)。
上一页 下一页 返回
1.1 半导体基础知识
在四价的硅(或锗)品体中掺入少量的磷(或其他五价元素)， 则磷原了将取代某些位置上的四价硅原子。磷原子与周围的 硅原子形成共价键时余出一个价电子，这个多余的价电子在 室温下就能挣脱原子核的束缚成为自由电子，磷原子则因失 去了一个电子变成了正离子(空间电荷)如图1-4所示。磷杂 质的含量虽然很低，但由此而产生的自由电子数量却比本征 半导体激发所产生的电子一空穴对数量大得多。这种以自由 电子为卞的杂质半导体就称为N型半导体，其中的自由电子 为多数载流子，空穴为少数载流子。
上一页 下一页 返回
1.3 特殊二极管
3.动态电阻rz 动态电阻是稳压二极管在正常工作区(反向击穿区)工作时稳
压一极管两端电压的变化量与相应的电流变化量之比，即
4.最大耗散功率PZM 它是稳压一极管工作时所允许的最大耗散功率。它等于最大
稳定电流和相应稳定电压的乘积，即
5.电压温度系数 U
无论是NPN型管还是PNP型管，它们内部都含有二个区： 发射区、基区和集电区。从二个区各引出一个金属电极，分 别称为发射极(E) 、基极(B)和集电极(C)；在发射区与基 区之间形成的PN结称为发射结，集电区与基区之间形成的 PN结称为集电结。二极管的结构与电路符号如图1-15所示。
下一页 返回
1.4 半导体三极管
它是说明稳压一极管的稳定电压受温度变化影响的参数。当 环境温度变化1℃时稳定电压变化的白分比称为电压温度系 数，即
上一页 下一页 返回
1.3 特殊二极管
1.3.2 发光二极管与光电二极管
1.发光二极管 发光一极管简称LED，是一种通以正向电流后会发光的二极
管，它用某些自由电了和空穴复合时就会产生光辐射的半导 体制成，采用不同材料，可发出红、橙、黄、绿、蓝色光， 其电路符号如图1-12所示。 2.光电二极管 光电一极管的结构与普通二极管类似，使用时光电二极管 PN结工作在反向偏置状态。在光的照射下，反向电流随光 照强度的增加而上升，(此时的反向电流叫光电流)，所以光 电二极管是一个将光信号转换为电信号的半导体器件，其电 路符号如图1-13所示。
自由电了和空穴在运动中相遇时会重新结合而成对消失，这 种现象称为复合。温度一定时自由电子和空穴的产生与复合 将达到动态平衡，这时自由电子和空穴的浓度一定。
上一页 下一页 返回
1.1 半导体基础知识
1.1.2 P型半导体和N型半导体
在四价的硅(或锗)中掺入少量的硼(或钵等其他二价元素)， 则在品体某些位置上的硅原子将被硼取代，而硼原子只能提 供二个价电子，它与相邻的四个硅原子构成共价键时，必有 一个共价键因缺少一个电子而出现空穴，室温下这个空穴极 容易被邻近共价键中的价电子所填补，使硼离子成为负离子， 称为空间电荷，如图1-3所示。掺入二价元素将使半导体中 的空穴数量大为增加。这种以空穴导电为主的半导体，称为 P型半导体，其中空穴为多数载流子，自由电子为少数载流 子。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管
1.2.3 二极管的主要参数
1.最大工作电流 最大工作电流指二极管长期工作允许通过的最大正向平均电
流。使用时应注意正向平均电流不能超过此值，否则会烧坏 二极管。 2.最大反向工作电压UBM。 最大反向工作电压指允许施加在二极管两端的最大反向电压， 通常规定为击穿电压的一半。
说明：不论是P型半导体还是N型半导体均呈电中性。
上一页 下一页 返回
1.1 半导体基础知识
1.1.3 PN结及特性
1. PN结的形成
单一的P型或N型半导体，还不能直接制成半导体器件。只 有将这两种类型的半导体以某种方式结合在一起，才能制成 各种具有不同特性的半导体器件。
利用掺杂工艺，使一块本征半导体的一边形成P型半导体， 另一边形成N型半导体。在P型和N型的交界处，由于载流了 浓度的差别，N区的自由电了必然会向P区扩散，而P区的空 穴要向N区扩散OP区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离 了(空间电荷)，N区一侧因失去自由电了而留下不能移动的 正离了(空间电荷)。于是在P区和N区的交界面上产生一个 空间电荷区，形成一个电场，称为内电场。电场的方向是由 正电荷指向负电荷，即由N区指向P区，如图1-5所示。
上一页 下一页 返回
1.4 半导体三极管
2.电流的分配和放大作用 图1-16所示为NPN型三极管电流测试电路。该电路包括基-
射回路(又称输入回路)和集-射回路(又称输出回路)两部分， 发射极为两回路的公共端，因此称为共射电路。共射电路中， UBB为发射结正偏电源；UCC为集电结反偏电源(UCC>UBB)； RP为电位器。调节RP可以改变基极电流IB、集电极电流IC 和发射极电流IE的大小。测量结果列于表1-1中。
上一页
返回
1.3 特殊二极管
1.3.1稳压二极管
稳压二极管是一种特殊的面接触型半导体硅一极管，其符号 和伏安特性曲线如图1-11所示。稳压二极管的伏安特性与 普通二极管的伏安特性相似，所不同的是稳压二极管的反向 特性曲线比较陡。稳压二极管工作在反向击穿区，从反向特 性曲线上可以看出，当反向电压小于其击穿电压时，反向电 流很小。当反向电压增加到击穿电压时，反向电流急剧增大， 稳压二极管反向击穿。此后电流虽然在很大范围内变化，但 稳压二极管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压二极 管在电路中能起稳压作用。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管
3.反向饱和电流IR。 反向饱和电流指正极管在规定的反向电压和室温下所测得的
反向电流值。其值越小，说明管子的单向导电性能越好。 4.最高工作频率 最高工作频率指保证二极管正常工作时的上限频率。它的大
小与PN结的结电容有关，超过此值，二极管的单向导电性 变差。
两端接上相应的电极引线，外面用金属(或玻璃、塑料)管壳 封装起来，就构成了一个半导体一极管。由P区引出来的电 极为正极(或阳极)，由N区引出来的电极为负极(或阴极)。 半导体一极管的结构和符号如图1-8所示。
下一页 返回
1.2 半导体二极管
2.类型 (1)按材料分，有硅二极管、锗一极管和砷化钵二极管等。 (2)按结构分，根据PN结面积大小，有点接触型和面接触型