简明电工学课件:半导体器件.pptxVIP

简明电工学课件:半导体器件.pptx

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半导体器件;

近几十年来,电子技术发展非常迅速,应用也越来越广泛,目前已经成为现代科学技术的重要组成部分。那么,究竟什么是电子技术?简单地说,电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。

半导体器件是各种分立、集成电子电路最基本的元器件。本模块只介绍常用的半导体器件:二极管和三极管。学习的重点在于了解半导体器件的外部特性以及如何用于电路之中,不深入讨论器件内部微观的物理过程及生产工艺。;

能力要素

(1)理解二极管的单向导电性,能够对整流、检波、限幅、钳位、隔离等电路进行分析。

(2)能够对普通、稳压、发光二极管电路进行数值计算。

(3)能够对三极管的工作状态进行判断。

(4)能够将三极管的放大及开关特性应用于电路中。;

知识结构;

9.1半导体基础知识;

价电子获得一定能量(受到光照、温度升高、电磁场激发)后,可挣脱原子核的束缚,成为自由电子,简称电子,带负电。同时,在原来的共价键中留下一个空位,称为空穴,带正电,这就是本征激发。自由电子和空穴统称为载流子。能量越高,晶体中产生的载流子越多。在外电场的作用下,价电子填补空穴的同时,又产生新的空穴,好像空穴在运动(相当于正电荷移动)。在本征半导体中,本征激发使空穴和自由电子成对产生;它们相遇复合时,也成对消失。当温度一定时,激发和复合动态平衡。

本征半导体虽存在一定数目的载流子,但是数量相对较少,其导电能力较弱。;;

9.1.2杂质半导体

本征半导体的电阻率较大且对温度变化十分敏感,同时因其只有少量的载流子,导电能力较弱,因此不宜在半导体器件制造中直接使用。如果在本征半导体内部掺杂某些元素,就可以提升半导体的导电性能,这种半导体称为杂质半导体。根据掺杂元素的不同,分为N型半导体和P型半导体。;

1.N型半导体

如图9.1.2(a)所示,在本征半导体中掺入五价元素磷(P)后,磷原子外围有五个价电子,与硅形成八电子稳定结构后,会有一个多余价电子,该价电子在常温下即为自由电子,但并不同时产生空穴。磷原子因失去一???价电子成为正离子。掺入的杂质密度足够大时,有大量的自由电子产生,电子是多数载流子,简称多子。电子带负(negative)电,所以称这种半导体为N型半导体或电子型半导体。N型半导体中还有少量本征激发产生的空穴,是少数载流子,简称少子。;

2.P型半导体.

如图9.1.2(b)所示,在本征半导体中掺入三价元素硼(B)后,硼原子只有三个价电子,在构成八电子稳定结构时,因缺少一个电子而产生一个空位。当相邻原子的价电子受到激发时,就有可能填补这个空位,而在相邻原子中便产生了一个空穴。因此这种杂质半导体的多子是空穴,因空穴带正(positive)电,所以称为P型半导体或空穴型半导体,其少子为电子。;;

9.2PN结及其单向导电性;;

2.PN结的单向导电性

PN结外加正向电压,称之为正向偏置(正偏),即P接正,N接负,如图9.2.2(a)所示。正向偏置时,PN结内电场被削弱,多子的扩散加强,形成较大的扩散电流,这时PN结呈现低电阻,处于导通状态。;;

当PN结加反向电压时,称之为反向偏置(反偏),即P接负,N接正,如图9.2.2(b)所示。内电场被加强,空间电荷区变宽,少子的漂移运动加强,这时PN结呈现高电阻,处于截止状态。由于少子数量很少,形成很小的反向电流(漂移电流),此即为PN结的单向导电性。;

9.3二极管;;

按结构分,二极管可分为以下几种:

(1)点接触型:结面积小、结电容小、正向电流小,适用于高频和小功率工作,也用作数字电路中的开关元件(一般为锗管,如国产2AP型)。

(2)面接触型:结面积大、结电容大、正向电流大,适用于低频整流电路(一般为硅管,如国产2CZ型)。

(3)平面型:结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。;

9.3.1伏安特性

二极管所加电压与流过电流之间的关系称为其伏安特性,如图9.3.2所示。

(1)二极管正向偏置:当正向电压很小时,外电场能力不够强,无法克服内电场对多子扩散的阻力,所以二极管并未真正导通,正向电流很小。当正向电压超过一定数值后,电流增长很快,这个一定数值的电压称为死区电压,其大小与材料及环境温度有关。通常硅管的死区电压约0.5V,锗管的约为0.1V。;

(2)当正向电压大于死区电压后,正向电流迅速增大,二极管真正导通,曲线比较陡。在正常工作范围之内,二极管两端的电压几乎稳定不变,称为通态电压,硅管约0.6~0.8V,锗管约0.2~0.3V,而二极管的正向电流则由外部电路决定。这一状态体现

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