半導(dǎo)體器件

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1、第14章半導(dǎo)體器件14.3二極管14.4穩(wěn)壓二極管14.5雙極型晶體管14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性14.6光電器件學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似,以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。對(duì)于元器件，學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不過(guò)于追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo),就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。工程上允許一定的誤差，可采用合理估算的方法。14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì),導(dǎo)電能力明顯改

2、變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí),導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件,如光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。14.1.1本征半導(dǎo)體完全純凈的、晶格完整的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。價(jià)電子價(jià)電子價(jià)電子在獲得一定能量(溫度升高或受光照)后,即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子(帶負(fù)電),同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。溫度

3、愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場(chǎng)的作用下,空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)(相當(dāng)于正電荷的移動(dòng))。空穴本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)?電子電流(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴?空穴電流注意：(1)本征半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差;(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí),又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體

4、中的載流子便維持一定的數(shù)目。14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)(某種元素),形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。P+14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子,自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴無(wú)論N型或

5、P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.2.1PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)。擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。14.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向電壓(正向偏置)P接正、N接負(fù)內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng),形成較大的擴(kuò)散電流。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄

6、，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)變窄外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–U2.PN結(jié)加反向電壓(反向偏置)外電場(chǎng)P接負(fù)、N接正內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–UPN結(jié)變寬2.PN結(jié)加反向電壓(反向偏置)外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少,形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增大。PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－

7、－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–U14.3二極管14.3.1基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸型結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小，適用于高頻和小功率工作，也用作數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件。結(jié)面積大、結(jié)電容大、正向電流大，適用于低頻整流電路。(b)面接觸型14.3二極管(c)平面型14.3.1基本結(jié)構(gòu)用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。陽(yáng)極陰極D(d)符號(hào)14.3.2伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓大于死區(qū)電壓，二