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1、電工電子基礎(模擬部分)北京精儀達盛科技有限公司主講:石燕志達盛科技培訓中心第1章基本半導體分立器件1.1半導體的基本知識與PN結1.2半導體二極管1.3特殊二極管1.4半導體三極管1.5場效應晶體管習題達盛科技培訓中心1.1半導體的基本知識與PN結1.1.1半導體的基本特性在自然界中存在著許多不同的物質，根據其導電性能的不同大體可分為導體、絕緣體和半導體三大類。通常將很容易導電、電阻率小于10-4Ω·cm的物質，稱為導體，例如銅、鋁、銀等金屬材料；將很難導電、電阻率大于1010Ω·cm的物質，稱為絕緣體
2、，例如塑料、橡膠、陶瓷等材料；將導電能力介于導體和絕緣體之間、電阻率在10-3～109Ω·cm范圍內的物質，稱為半導體。常用的半導體材料是硅（Si）和鍺（Ge）。達盛科技培訓中心1.熱敏性所謂熱敏性就是半導體的導電能力隨著溫度的升高而迅速增加。半導體的電阻率對溫度的變化十分敏感。例如純凈的鍺從20℃升高到30℃時，它的電阻率幾乎減小為原來的1/2。達盛科技培訓中心2.光敏性半導體的導電能力隨光照的變化有顯著改變的特性叫做光敏性。一種硫化鎘薄膜，在暗處其電阻為幾十兆歐姆，受光照后，電阻可以下降到幾十千歐姆，
3、只有原來的1%。自動控制中用的光電二極管和光敏電阻，就是利用光敏特性制成的。而金屬導體在陽光下或在暗處，其電阻率一般沒有什么變化。達盛科技培訓中心3.雜敏性所謂雜敏性就是半導體的導電能力因摻入適量雜質而發(fā)生很大的變化。在半導體硅中，只要摻入億分之一的硼，電阻率就會下降到原來的幾萬分之一。所以，利用這一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半導體器件，而金屬導體即使摻入千分之一的雜質，對其電阻率也幾乎沒有什么影響。半導體之所以具有上述特性，根本原因在于其特殊的原子結構和導電機理。達盛科技培訓中心1.1.2本征
4、半導體在近代電子學中，最常用的半導體材料就是硅和鍺，下面以它們?yōu)槔?，介紹半導體的一些基本知識。一切物質都是由原子構成的，而每個原子都由帶正電的原子核和帶負電的電子構成。由于內層電子受原子核的束縛較大，很難活動，因此物質的特性主要由受原子核的束縛力較小的最外層電子，也就是價電子來決定。硅原子和鍺原子的電子數分別為32和14，所以它們最外層的電子都是四個，是四價元素。其原子結構可以表示成如圖1-1所示的簡化模型。達盛科技培訓中心圖1-1硅和鍺的原子結構簡化模型達盛科技培訓中心在實際應用中，必須將半導體提煉成單
5、晶體——使它的原子排列由雜亂無章的狀態(tài)變成有一定規(guī)律、整齊地排列的晶體結構，如圖1-2所示，稱為單晶。硅和鍺等半導體都是晶體，所以半導體管又稱晶體管。通常把純凈的不含任何雜質的半導體稱為本征半導體。達盛科技培訓中心圖1-2本征硅（或鍺）的晶體結構（a）結構圖；（b）平面示意圖與共價鍵達盛科技培訓中心從圖1-2（b）的平面示意圖可以看出，硅和鍺原子組成單晶的組合方式是共價鍵結構。每個價電子都要受到相鄰的兩個原子核的束縛，每個原子的最外層就有了八個價電子而形成了較穩(wěn)定的共價鍵結構。所以，半導體的價電子既不像導
6、體的價電子那樣容易掙脫成為自由電子，也不像在絕緣體中被束縛的那樣緊。由于導電能力的強弱，在微觀上看就是單位體積中能自由移動的帶電粒子數目的多少，因此，半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間。達盛科技培訓中心1．本征激發(fā)與復合在絕對零度（－273℃）時，半導體中的價電子不能脫離共價鍵的束縛，所以在半導體中沒有自由電子，半導體呈現(xiàn)不能導電的絕緣體特性。達盛科技培訓中心當溫度逐漸升高或在一定強度的光照下，本征硅或鍺中的一些價電子從熱運動中獲得了足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛而成為帶單位負電荷的自由電子。同時，在原來
7、的共價鍵位置上留下一個相當于帶有單位正電荷電量的空位，稱之為空穴，也叫空位。這種現(xiàn)象，叫做本征激發(fā)。在本征激發(fā)中，帶一個單位負電荷的自由電子和帶一個單位正電荷的空穴總是成對出現(xiàn)的，所以稱之為自由電子—空穴對，如圖1-3所示。達盛科技培訓中心圖1-3本征激發(fā)產生自由電子—空穴對達盛科技培訓中心自由電子和空穴在熱運動中又可能重新相遇結合而消失，叫做復合。本征激發(fā)和復合總是同時存在、同時進行的，這是半導體內部進行的一對矛盾運動。在溫度一定的情況下，本征激發(fā)和復合達到動態(tài)平衡，單位時間本征激發(fā)出的自由電子—空穴對
8、數目正好等于復合消失的數目，這樣在整塊半導體內，自由電子和空穴的數目保持一定。一般在室溫時，純硅中的自由電子濃度n和空穴濃度p為ni=n=p≈1.5×1010(個/cm3)（1-1）達盛科技培訓中心對于純鍺來說，這個數據約為2.5×1013個/cm3，而金屬導體中的自由電子濃度約為1022個/cm3。從數字上可以看出，本征半導體的導電能力是很差的。溫度越高，本征激發(fā)越激烈，產生的自由電子—空穴對越多，當半導體重新達到動態(tài)平衡時
