電子技術(shù)知識小結(jié)：第二章半導(dǎo)體器件

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除第二章半導(dǎo)體器件§2。1半導(dǎo)體的基本知識2。lo1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體,金屬一般都是導(dǎo)體。有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電,稱為絕緣體,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一類物屈的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間,稱為半導(dǎo)體,如鑄、硅、碑化像和一些硫化物、氧化物等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì),所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。比如：1、當(dāng)受外界熱和光的作用時,它的導(dǎo)電能力明顯變化。（制作特殊器件）2、往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。（有可控性）2.lo2本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)代電

2、子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和楮，它們的最外層電子（價電子）都是四個。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體.在硅和楮晶體中,原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點,每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和錯的共價鍵平面結(jié)構(gòu)（圖）共價鍵：相鄰原子共有價電子所形成的束縛。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu).共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子。二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理1、載流子、自由電子和空穴

3、在絕對。度（T=OK）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子，它的導(dǎo)電能力為0,相當(dāng)于絕緣體.截流子：運動的帶電粒子稱為在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子。同時共價鍵上留下一個空位,稱為空穴。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。2、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理描述本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：自由電子移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。常溫下本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫

4、度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。（溫t導(dǎo)電能力f）2。1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化.其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。N型半導(dǎo)體:使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體,也稱為（電子半導(dǎo)體）尸型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體,也稱為（空穴半導(dǎo)體）.（N電P空）一、N型半導(dǎo)體-1-/11資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除摻入少量的五價元素磷（或睇），必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。（N：自由電子+正離子

5、）N型半導(dǎo)體中的載流子是：自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）二、P型半導(dǎo)體摻入少量的三價元素，如硼（或錮），多產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補,使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。（P：空穴+負(fù)離子）2.2PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管2.2.1 PN結(jié)一、PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造尸型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,經(jīng)過截流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。PN結(jié)處載流子的運動（看書P40）1、內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強,而漂移使空間電荷區(qū)變薄.2、擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。3、所以擴散和漂移這一對

6、相反的運動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。PN結(jié)的形成：多子擴散（擴散運動）-形成一空間電荷區(qū)-產(chǎn)生一內(nèi)電場（漂移運動）一使-擴散減弱，漂移增加一擴散電流等于漂移電流-動態(tài)平衡-形成-穩(wěn)定的PN結(jié)請注意：1、空間電荷區(qū)中沒有載流子，所以空間電荷區(qū)又稱為耗盡層。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙尸中的空穴、N中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動）,故空間電荷區(qū)又稱為阻擋層。3、P中的電子和N中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。在定量計算時往往忽略.二、PN結(jié)的特性1.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：尸區(qū)加正、N區(qū)加

7、負(fù)電壓。PN結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是：尸區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。（正向偏置是P接正電壓）PN結(jié)正向偏置:內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流（加A），認(rèn)為PN結(jié)導(dǎo)通。注意：串電阻限流.（正極給P提供正電流，促進(jìn)擴散）PN結(jié)反向偏置：內(nèi)電場被加強，多子的擴散受抑制.少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。認(rèn)為PN結(jié)截止。形成的微小電流稱為反向飽和電流（必）。PN結(jié)的導(dǎo)電特性：由上可知，PN結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通，有較大的電流（多子形成）；而加反向電壓時截止，僅有反向飽和電流（少子形成）。所以結(jié)具有單向?qū)c特性。2、PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)伏安特性方程:i=G-1I式

8、中：心為反向飽和電流；5為溫度電壓當(dāng)量，當(dāng)T=300K時（絕對溫度），。下三26八/（記缸加正向電壓：”0,且時，伏安特性呈非線性指數(shù)規(guī)律；加反向電壓：V0,且|“|S時，電流基本與無關(guān)；3、PN結(jié)的反向擊穿特性當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增大到一定值時，反向電流隨電壓數(shù)值的增加而急劇增大，稱為反向擊穿。PN結(jié)的反向擊穿有兩類:齊納擊穿和雪崩擊穿.無論發(fā)生哪種擊穿，若對其電流不加以限制,都可能造成PN結(jié)的永久性損壞。4.PN結(jié)電容效應(yīng)PN結(jié)之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴散電容CD。*5、PN結(jié)溫度特性當(dāng)溫度升高時FN結(jié)的反向電流增大，正向?qū)妷簻p小。這也是半導(dǎo)體器件熱穩(wěn)定性差的主要原

9、因。2o2。2半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)：一個PN結(jié)加上管殼和引線,就成為半導(dǎo)體二極管。2、類型：點接觸型（一般是鑄材料）：主要應(yīng)用在小電流、高頻電路。面接觸型（一般是硅材料）：主要應(yīng)用在大電流、低頻電路。半導(dǎo)體二極管的型號（補充）國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP92：2代表二極管，3代表三極管A：用字母代表器件的材料，A代表P型Ge,B代表P型Ge,C代表N型Si,D代表N型SiP：用字母代表器件的類型，P代表普通管9：用數(shù)字代表同類型器件的不同型號5、二極管的伏安特性3h：死區(qū)電壓。Sh=O5V（硅管）0。IV儲管）正向特性：0<U<Uth,iD=0;U&g

10、t;Uth,小急劇上升?？冢?硅管取0。7V楮管取0.3V反向特性：|t/<BR）|>|rI>0,<n=/s；u）IL7（br）I,反向電流急劇增大（反向擊穿）6、二極管常用等效模型（理想模型）A,等效開關(guān)模型/D特性曲線：正偏導(dǎo)通，D=0（自：相當(dāng)于導(dǎo)線）;反偏截止，30,u（BRFOO（自：相當(dāng)于開路）B。二極管恒壓源等效模型（常用）1UD(on)D=UD(on)=0.7V(Si)：03V(Ge)6、主要參數(shù)(l)最大整流電流I»M：二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。(2)反向擊穿電壓Vbr：二極管反向擊穿時的電壓值。反向電流?。褐付O管

11、加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，楮管的反向電流要大幾十到幾百倍。2。3特殊二極管23.1穩(wěn)壓二極管符號:工作條件：反向擊穿(曲線越陡,電壓越穩(wěn)定)特點：1)工作于反向擊穿狀態(tài)。2)利用反向伏安特性上電流在一定范圍內(nèi)變化,穩(wěn)壓管兩端的電壓基本不變的特點進(jìn)行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管的參數(shù)u穩(wěn)定蠅叁:流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2 .穩(wěn)定電流越大穩(wěn)壓效果越好，小于/min時不穩(wěn)壓.3 .最大工作電流7zm最大耗散功率尸zm:Pzm=UzZzm4 .動態(tài)電阻)=駕5 .穩(wěn)定電壓溫

12、度系數(shù)Ct(略)2。3.2光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。工作條件：反向偏置2.3.3發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)符號:工作條件:正向偏置一般工作電流幾十mA,導(dǎo)通電壓（12）V2.4雙級型晶體三極管2。4。1BJT的結(jié)構(gòu)及類型集電區(qū):面積較大作用是收集載流子。（厚）基區(qū):甚落摻雜濃度低作用是控制和傳遞截流子（薄，濃低）發(fā)射區(qū):摻雜濃度較高,作用是發(fā)射載流子（濃高）集電結(jié)，發(fā)射結(jié)NPN型三極管，PNP型三極管二、分類按材料分：硅管、鑄管按結(jié)構(gòu)分:NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管按功率分：小功率管500n）W；中功率管0。5-1W；大功率管1W2.

13、4.2BJT的電流放大作用共基極，共集電極，共發(fā)射極（略P69）1.三極管放大的條件內(nèi)部條件:發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)薄且摻雜濃度低，集電結(jié)面積大外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（發(fā)射極出電流，集電極入電流）2、電流放大原理（放大狀態(tài)）（看書P48）發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散,形成發(fā)射極電流星.進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合,形成電流通多數(shù)擴散到集電結(jié)?；鶇^(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少壬，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集,形成上。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流Icb。（自：這里可忽略）Ib=ibe-Icbo*IbeIc=Ice+Icb）«IcelE

14、=k+lpIce與Ibe之比稱為直流電流放大倍數(shù):。=事；/OF1R2.4.3BJT的特性曲線（1）輸入特性，8=/（4£）|3.，若：=0,與二極管特性相似死區(qū)電壓:硅管0.5Y錯管0.2V（自：出題可能會出現(xiàn)結(jié)果為零的情況）工作壓降:硅管小收0.60.7V,鑄管0。3V.（自：按電壓降去處理）（2）輸出特性此區(qū)域滿足Ic=BIb稱為線性區(qū)（放大區(qū)）.當(dāng)UCe大于一定的數(shù)值時,Ic只與3有關(guān),k邛Ib。此區(qū)域中UcevUbe,集電結(jié)正偏，ph）Ic,UceM.3V稱為飽和區(qū)。（自：眥1二常作為判定飽和狀態(tài)的條件）此區(qū)域中：Ib=0,Ic=Iceo,Ube（死區(qū)電壓,稱為截止區(qū)。-5

15、-/11資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除輸出特性三個區(qū)域的特點：I、放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏.即：9b,且AZc=6A/s（放大：發(fā)正集反）2、飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏.即：US,0心飽和：發(fā)正集正）3、截止區(qū):匕骨死區(qū)電壓8Hh/c=/cE"8。（截止：發(fā)反集反）2.4,4BJT的主要參數(shù)lo電流放大倍數(shù)夕和旅共射直流電流放大倍數(shù)：/=牛；共射交流電流放大倍數(shù):4=笠2 .集一基極反向截止電流Icb。（自：集電極一,基極的電流）ICB。是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。3 .集一射極反向截止電流IceoIceo=PIbe+

16、Icbo（自：這里不是很重要）4 .集電極最大電流人，集電極電流，c上升會導(dǎo)致三極管的夕值的下降，當(dāng)碓下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為/cm。5 .集-射極反向擊穿電壓（自：這里不是很重要）當(dāng)集-射極之間的電壓Uce超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25箋、基極開路時的擊穿電壓U向0cM.6 .集電極最大允許功耗產(chǎn)皿集電極電流k流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PcHcUce,必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以Pc有限制.PcSPcM安全工作區(qū)：IcUcE=PcM半導(dǎo)體三極管的型號（補充）國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下：3DG110B3：三極管D:用字母表示材料,A表示鑄PNP管

17、、B表示錯NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管G：用字母表示器件的種類，X表示低頻小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻小功率管、K表示開關(guān)管110：用數(shù)字表示同種器件型號的序號B：用字母表示同一型號中的不同規(guī)格重點L三極管的放大作用（電流分配）Ic=PIb；1e=%+Ue=Q+0)Ib重點2：三極管的三個工作狀態(tài)特征放大狀態(tài):反射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏.（放大：發(fā)正集反）飽和狀態(tài)：反射結(jié)正偏.集電結(jié)正偏。（飽和：發(fā)正集正）截止?fàn)顟B(tài)：反射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。（截止:發(fā)反集反）四、晶體管電路的基本問題和分析方法判斷導(dǎo)通還是截止：UBE>Uth廁導(dǎo)通，Uheu（th

18、廁截止?fàn)顟B(tài)電流關(guān)系條件放大人孫發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏飽和臨界I印hcs="bs兩個結(jié)正偏集電結(jié)零偏截止k<0,D兩個結(jié)反偏判斷飽和還是放大:1 .電位判別法NPN管：放大：U0U0獨飽和:UevUMb（NPN：CBE.可以思考出）PNP管：放大:UcUhUe,飽和：Ue）Uc2（PNP：EBC,與NPN相反）2 .電流判別法（第三章介紹）2.4。 5溫度對BJT特性曲線的影響1、溫度對人加和夕的影響了個:少子濃度tfot±£_L、在基區(qū)復(fù)合機會減少一/t/2、溫度對輸入特性的影響（，U/些）（自：曲線向左平移）與PN結(jié)同理T-、UbeI/3、溫度對輸出特性的影響：輸出特性曲線上升2.4.65JT的電路模型%=fi&，%）；<=人&，久）關(guān)于晶體管輸入電阻，；%x%,+（1+。）4（自:盡量記）2。6集成電路集成電路：將整個電路的各個元件做在一個半導(dǎo)體基片上。優(yōu)點:工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小.分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超