晶体管特性简介

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PN 結
一.PN結的形成.
如果使一塊半導體的一部分是N型的,另一部分是P型 的,那么就構成了一個理想的突變結.因為在P區域中有大 量的空穴,而在N區域中有大量的電子,形成了載流子的 不均勻,因而N區濃度大的載流子就會向P區擴散;而P區 濃度大的空穴就會向N區擴散,形成了擴散電流.擴散的 結果,使N區的電子減少,在N區一邊就出現了帶正電的原 子,即正離子.同樣P區由於空穴減少,會使一邊出現帶負 電的負離子.離子質量較大,不會移動.因此,在P區和N區 交界處就形成了一個一邊帶正電荷,另一邊帶負電荷的 空間電荷區,這就是PN結.如圖3所示. 在空間電荷區產生的靜電場稱為內建電場,其電位差 稱為勢壘.PN結電場對擴散運動起阻礙作用.隨著擴散的 發展,空間電荷區會不斷擴大,內電場也就加強,反過來對
N E內 E外
P
-
+ + +
N E內 E外
+ (a)
-
-
(b)
+
圖4. 在PN結外加電壓圖
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與漂移的平衡,使擴散超過漂移,擴散電流大大增加.這時PN 結呈現的電阻很小,處於導通狀態 2. 外加反向電壓的作用. 如圖4樣(b)所示, .外加電場加強了PN結電場E內,它也 破壞了擴散與漂移的平衡,使漂移運動增加,而擴散運動更 難進行.但是漂移運動是少數載流子運動,所以電流很小.此 時PN結所呈現的電阻很大,處於截止狀態. 當溫度升高時,反向電流會增加很大,相當於陰擋層擊穿, 這叫熱擊穿.一般鍺PN結工作溫度為超過70℃ ~ 80℃ ,硅 PN結工作溫度可過200 ℃. 反向電壓也不能無限增大.當反向電壓達到某一數值時, 會把晶格中的電子拉出來,使反向電流驟增,PN結也就擊穿. 了這個電壓叫反向擊穿電壓.
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P區
空間電荷區
N區
-
-
+ + +
+ + +
-
-
+
源自文库
+
電場方向
圖3. PN結 擴散的阻力也就愈大.另一方面,在P區除多數載流子空穴外,還 有少數載流子電子;在N區除多數載流子電子外,還有少數載流 子空穴,在電場作用下也要做漂移運動,形成漂移電流.很明顯, 內建電場愈強,漂移運動也愈強.但是在一定的條件下,電場的
半導體的基本特性
一.半導體的定義.
半導體是一種導電能力介於導體和絕緣體之間,或者說 電阻率介於導體與絕緣體之間的物質.如:鍺﹑硅﹑硒及大多 數金屬的氧化物,都是半導體.半導體的獨特性能不只在於它 的電阻率大小,而且它的電阻率因溫度﹑摻雜和光照會產生 顯著變化.利用半導體的特性可制成二极管﹑三极管等多種 半導體器件.
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分之一),其導電能力就會成百万倍的提高.這一我是半導體 最重要的特性,利用這一我可以制成各種不同性質,不同用途 的半導體器件,如各種各樣的半導體管.
三.半導體物質的內部結構.
半導體材料硅和鍺原子最外層有4個電子,並與相鄰原子 組成共价鍵(如圖1所示)
Si Si Si
Si
Si
圖1 硅晶體原子結構
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Si P Si
Si
Si B Si 填補了 的空位
Si Si Si 空穴
多余電子
Si
(a)N型半導體
(b)P型半導體
圖2.摻入雜質的半導體材料原子結構
五.半導體中的電流
1) 漂移電流. 在一塊半導體的兩瑞,如果加上電壓,半導體內便產生 了電場.在電場的作用下,半導體內的導電電子和空穴,就以
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相反方向移動.載流子有規則的移動,就形成了電流,稱為漂 移電流. 2) 擴散電流 在半導體內,如果載流子分布不均勻,即使沒有電場的, 作用也會發生載流子的移動,形成電流,這就是擴散電流.擴 散電流與溫度有關.
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二 极 管 特 性 簡 介
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一. 二极管的定義.
晶體二极管簡稱“二极管”.它是由一個PN結組成的器 件,具有單向導電性能,因此,常用作整流和檢波器件.二极 管有兩個電極,接P型半導體的引線叫正极,接N型半導體的 引線叫負极.如圖1所示. + + P N
正极 PN結 負极
圖1.二极管的結構示意圖與符號 二极管按材料分有鍺二极管﹑硅二极管﹑砷化鎵二极 管,前二種應用最廣泛. 二极管摟用途分有整流二极管﹑檢波二极管﹑開關二 极管﹑穩壓二极管﹑變容二极管﹑發光二极管等.
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建立和漂移運動會趨向平衡,使擴散載流子和漂移載流子數量 相等,即達到平衡狀態.在一般條件下,鍺PN結的勢壘為0.2V~ 0.4V,硅PN結的勢為0.6V~ 0.8V. 二.外加電壓對結PN的影響. 1. 外加正向電壓的作用. 如圖4(a)所示.外加電場削弱了PN結電場E內,破壞了擴散 P
+ + +
二. 二极管的特性.
二极管的主要特性就是具有單向導電性.圖2.3分別為硅 和鍺二极管電壓與電流的關係曲線,稱為伏安特性曲線.
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正向電流(mA)
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反向電壓(V) 12 10 8
5 6 4 2 0.6 0.1 0.2 0.3 正向電壓(V) 1.2
+
四. N型半導體和P型半導體.
如果在純凈的半導體材料中摻入懲量的雜質.會使半導體 的導電性能大大改善.例如,在半導體中摻入少量的五价元素 磷,其外層的五個价電子與硅原子的四個价電子組成共价鍵 時,就會多出一個電子,這個多出來的電子只受到磷原子核的 昅引,不受共价鍵的束縛,因此它受到的束縛力很小,很容易形 成自由電子.這種摻入五价元素的半導體,主要靠自由電子導 電,叫電子型半導體,簡稱N型半導體.又例如,在半導體中摻入 少量的硼,由於硼為三价元素,其最外層的三個价電子與硅原 子的四個价電子組成共价鍵時,在共价鍵的結構中便缺少了 一個价電子,產生一個空位,即空穴, 相鄰硅原子的共价鍵電 子就可以過來填補這個空穴,這樣,就可以在硅原子中產生一 個空穴,從而使半導體硅中的空穴載流子大大增加.這種摻入 三价元素的半導體,主要靠空穴導電,叫空穴型半導體,簡稱P 型半導體.圖2為摻入雜質的半導體材料原子結構.
二.半導體的獨特性能.
1) 電阻值隨溫度變化敏感,只要有微弱的溫度升高,電阻 值就顯著減少;溫度降低,則阻值就增大.利用半導體的這種 性能,就可做成熱敏元件. 2) 半導體受光照射時,可以大大提高導電能力.利用這一 特點,可以制成用於自動控制的光電二极管﹑光敏電阻等. 3) 在純的半導體材料中,加入极懲量的某些雜質(約百万