半导体器件ppt

自由电子
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第三章 半导体器件
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在外电场的作用下， 自由电子逆着电场方向定 电子移动方向 向运动形成电子电流。带 正电的空穴吸引相邻原子 Si Si Si 中的价电子来填补，而在 该原子的共价键中产生另 一个空穴。空穴被填补和 Si Si Si Si 相继产生的现象，可以看 成空穴顺着电场方向移动， 空穴移动方向 外电场方向 形成空穴电流。 可见在半导体中有自由 电子和空穴两种载流子，它 们都能参与导电。
第三章 半导体器件
第 三 章 半导体器件
3.1 3.2
3.3 3.4
半导体的导电特性 半导体二极管
稳压管 半导体三极管
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第三章 半导体器件
第 三 章 半导体二极管和三极管 3.1 半导体的导电特性
3.1.1 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的、具 共价键 空穴 有晶体结构的半导体。 用得最多的半导体是硅或锗 , 它 Si Si 们都是四价元素。将硅或锗材料提纯 并形成单晶体后，便形成共价键结构。 在获得一定能量 (热、光等 )后，少量 Si Si 价电子即可挣脱共价键的束缚成为自 由电子，同时在共价键中就留下一个 本征半导体中自由 空位，称为空穴。自由电子和空穴总 电子和空穴的形成 是成对出现，同时又不断复合。
将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极 管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 引线 外壳 触丝
N型锗
正极引线
铝合金小球
正极
PN 结
金锑合金 底座
N 型锗
负极 表示符号
负极引线
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点接触型
面接触型
第三章 半导体器件
3.2.2 伏安特性
二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线 可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电 压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压 称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为 0.5V ，锗管约为 0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 ~ 0.7V，锗管约为0.2 ~ I / mA I / mA 0.3V。
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2. P 型半导体
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在 硅 或 锗的 晶体 中 掺入三价元素硼，在组 成共价键时将因缺少一 个电子而产生一个空位， 相邻硅原子的价电子很 容易填补这个空位，而 在该原子中便产生一个 空穴，使空穴的数量大 大增加，成为多数载流 子，电子是少数载流子， 将这种半导体称为 P 型 半导体。
在这里， DA 起钳位作用， 郑 州 将输出端电位钳制在 + 2.7 V。
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VA
DA
DB R –12V
返回
VB
Y
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3.3 稳压管
稳压管是一种特殊的面接 触型半导体硅二极管。其表示 符号如下图所示。 UZ
I/mA
+
正向
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稳压管工作于反向击穿区。 从反向特性曲线上可以看出， 反向电压在一定范围内变化时， 反向电流很小。当反向电压增 高到击穿电压时，反向电流突 然剧增，稳压管反向击穿。此 后，电流虽然在很大范围内变 化，但稳压管两端的电压变化 很小。利用这一特性，稳压管 在电路中能起作用。
空穴
价电子填补空位 空位
Si
B Si B
Si
Si Si
Si
Si
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3.1.3 PN 结及其单向导电性
1. PN 结的形成
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成 P 型半 导体区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成 了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 P区 PN 结 N区
E
R
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2. 外加反向电压 多数载流子的扩散运动难于进行 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 空间电荷区变宽 P区 N区
IR
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少数载流子越过 PN 结 形成很小的反向电流
内电场方向 外电场方向
E 返回
R
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3.2 半导体二极管
3.2.1 基本结构
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二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。 它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为 开关元件。 [例 1] 在图中，输入电位 VA = + 3 V， VB = 0 V， 电阻 R 接负电源 –12 V。求输出端电位 VY。
[解] 因为 VA 高于VB ，所以 DA 优先导通。如果二极管的正向 压降是 0.3 V，则 VY = + 2.7 V。 当 DA 导通后, DB 因反偏而截止。
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3.1.2 N 型半导体和 P 型半导体
多余价电子 本征半导体中由于 载流子数量极少，导电 Si 能力很低。如果在其中 Si P Si 参入微量的杂质(某种元 素)将使其导电能力大大 Si Si Si Si 增强。 1. N 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原 子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用 于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚 而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多 数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型 半导体。
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内电场方向 N区的电子向P区扩散并与空穴复合
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(1) 外加正向电压
2. PN 结的单向导电性
P区
外电场驱使P空间电荷区变窄 区的空穴进入空间 N区电子进入空间电荷区 电荷区抵消一部分负空间电荷 抵消一部分正空间电荷
N区
I 扩散运动增强，形 成较大的正向电流
内电场方向 外电场方向
60 40 20 –50 –25 15
正向特性
– 50
– 25
10 5
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反 0 向 – 0.02 特 击穿电压 性 U(BR) – 0.04
0.4 0.8 U/V
–0.01 0 0.2 –0.02
0.4
U/V
死区电压
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
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在二极管上加反向电压时，反向电流很小。但当反向电 压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为 击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向 击穿电压 U(BR)。
3.2.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流。 2. 反向工作峰值电压 URWM 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是 反向击穿电压的一半或三分之二。
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3. 反向峰值电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。