电工学教案半导体二极管和三极管

第15章

半导体二极管和三极管

哈尔滨工业大学

电工学教研室

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目录

15.1半导体的导电特性15.2 PN结

15.3 半导体二极管15.4 稳压管

15.5 半导体三极管

15.1 半导体的导电特性

半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。

半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性

本征半导体就是完全纯净的半导体。

应用最多的本征半

导体为锗和硅，它们

各有四个价电子，都

是四价元素.

硅的原子结构

纯净的半导体其所有的原子基

本上整齐排列，形成晶体结构，所以半导体也称为晶体

——晶体管名称的由来

本征半导体晶体结构中的共价健结构

15.1.1本征半导体

Si Si

Si

Si

共价键

价电子

自由电子与空穴

15.1.1 本征半导体

共价键中的电子

在获得一定能量

后，即可挣脱原

子核的束缚，成

为自由电子

同时在共价键中

留下一个空穴。空穴

Si Si

Si Si

自由

电子

热激发与复合现象

由于受热或光照

产生自由电子和空穴的现象-----热激发15.1.1 本征半导体

自由电子在运动中遇到空穴后，两者同时消失，称为复合现象

温度一定时，本征半导体中的自由电子—空穴对的数

目基本不变。温度

愈高，自由电子—空穴对数目越多。Si Si

Si Si

自由

电子

空穴

半导体导电方式

在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。

载流子

自由电子和空穴因为，温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好，所以，温度对半导体器件性能的影响很大。15.1.1 本征半导体

Si

Si

Si Si

价电子

空穴

当半导体两端加上外电压时，自由电子作定向运动形成电子电流；而空穴的运动相当于正电荷的运动

15.1.2 N 型半导体和P 型半导体

N 型半导体

在硅或锗的晶体中掺入微量的磷（或其它五价元素）。自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

电子型半导体或N 型半导体Si Si

P+Si

多余电子

15.1.2 N型半导体和P型半导体P型半导体

在硅或锗晶体中

掺入硼（或其它

三价元素）。

空穴是多数载流子，自由电子是少数载

流子。

空穴型半导体

或P型半导体。Si Si

B-Si

空穴

15.1.2 N型半导体和P型半导体

不论N型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍然是不带电的。

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15.2 PN 结

15.2.1 PN 结的形成

自由电子

P

N

空穴

PN 结是由扩散运动形成的

15.2.1PN 结的形成

自由电子

P

N

空间电荷区

内电场方向

空穴

15.2.1 PN 结的形成

扩散运动和漂移运动的动态平衡

扩散强

漂移运动增强

内电场增强两者平衡

PN

结宽度基本稳定

外加电压

平衡破坏

扩散强

漂移强

PN 结导通PN 结截止

15.2.2 PN 结的单向导电性

1 外加正向电压使PN 结导通

PN 结呈现低阻导通状态，通过PN 结的电流基本是多子的扩散电流——正向电流

–

+

变窄

P

N

内电场方向外电场方向

R

I

15.2.2 PN 结的单向导电性

2 外加反向电压使PN 结截止

PN 结呈现高阻状态，通过PN 结的电流是少子的漂移电流

----反向电流

特点: 受温度影响大

原因: 反向电流是靠热激发产生的少子形成的

+

-

变

宽

P

N

内电场方向

外电场方向

R

I=0

15.2.2 PN结的单向导电性

结论

PN结具有单向导电性

（1）PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。

（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。

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15.3 半导体二极管

15.3.2 伏安特性15.3.3 伏安特性的折线化

15.3.4 二极管的主要参数

15.3.1 基本结构

PN 结

阴极引线铝合金小球

金锑合金底座

N 型硅

阳极引线

面接触型

引线

外壳触丝N 型锗片

点接触型

表示符号

15.3.2 伏安特性

正向

O 0.4 0.8 U/V

I/mA

80

6040

20

-50 -25

I/µA

-20-40反向

死区电压

击穿电压

半导体二极

管的伏安特性

是非线性的。