电工与电子技术 第8章 半导体器件.ppt

第8章半导体器件本章小结1.在本征半导体中掺入不同杂质构成P型和N型半导体，其交界处形成PN结，PN结具有单向导电性。2.二极管和稳压二极管都是由一个PN结构成的半导体器件，其正向特性相似。二极管不允许反向击穿，用于整流、钳位、限幅等；而稳压二极管则工作在反向击穿状态，与限流电阻组成稳压电路。3.双极型晶体管（三极管），因有两种载流子导电，故称为双极型器件，可分为NPN和PNP两大类。其特点是用较小的基极电流控制较大的集电极电流，控制能力用电流放大系数β表示。通过晶体管的电流关系、伏安特性进一步了解晶体管的功能和工作原理，在输出特性上的截止区、放大区、饱和区分别对应晶体管的三种工作状态。4.场效应晶体管（MOS管）中只有一种载流子参与导电，故称为单极型器件。可分为N沟道和P沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两类。属于电压控制的半导体器件，用输入栅、源间电压控制输出端漏极电流，即电压控制电流，其控制能力由跨导gm表示。具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点。增强型和耗尽型的区别在于控制电压为0时是否有原始导电沟道，有不同的开启电压和夹断电压。5.利用某些材料半导体PN结在正向导通时能够发出可见光的特性，制成发光二极管；利用PN结的光敏特性，制成光敏电阻、光电二极管和光电晶体管。将它们组合在一起可制成光电耦合器。光电池能够通过半导体的光伏效应将太阳能转换成电能。第8章半导体器件半导体器件本章通过学习半导体基础，了解PN结的形成即特点。在此基础上学习各类半导体器件，包括二极管、稳压管、双极型晶体管和场效应管的原理、结构、功能、特性、区别、特点和应用。了解光电器件的基本常识。NNP第8章|半导体器件8.1半导体基础知识8.1.1半导体的导电性能1.导体、绝缘体和半导体导体：导电能力强（电阻率极低），如金属等。绝缘体：导电能力差（电阻率极高），如塑料、橡胶等半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，常用的有硅（Si）和锗（Ge）。见图8-1所示。硅Si锗Ge导体绝缘体半导体图8-1导体、绝缘体和半导体2.本征半导体本征半导体即纯净的半导体，纯净的硅和锗为晶体结构，均为4价元素，即外层有4个价电子，相邻原子的价电子两两结合组成“共价键”，见图8-2a所示。共价键原子电子在获得一定能量（光、热）时，少量价电子挣脱原子束缚称为自由电子，留下空位，称为“空穴”。自由电子和空穴统称为“载流子”，见图8-2b所示。自由电子（负电）和空穴（正电）的运动形成电流。因共价键比较稳定，缺少自由电子（及空穴），所以本征半导体导电能力很差，+4+4a）图8-2硅和锗的原子结构及载流子的运动a）原子结构及共价键b）载流子的运动b）自由电子的移动空穴的移动第8章|半导体器件8.1半导体基础知识在硅（Si）中掺入5价的元素，如磷（P），则可以增加自由电子，自由电子成为多数载流子，空穴为少数载流子。电子导电称为成为主要导电方式，这种半导体称为N型半导体，见图8-3b所示。综上所述，得出以下结论：纯净的半导体，在常温下几乎不导电。在光和热的作用下，产生少数载流子，有一定的导电能力。掺入杂质可以提高导电能力，其中：掺入三价元素，可以增加空穴；掺入五价元素，可以增加自由电子。均可提高导电能力。如果在硅（Si）中掺入3价的元素，如硼（B），可以增加空穴，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。空穴导电称为成为主要导电方式，这种半导体称为P型半导体，见图8-3a所示。8.1.2P型半导体和N型半导体SiP增加自由电子SiB图8-3掺杂半导体a）硅掺入硼b）硅掺入磷增加空穴第8章|半导体器件8.1半导体基础知识8.1.3PN结及单向导电性1.PN结的形成在本征半导体两边分别掺入三价和五价元素，分别形成P型半导体和N型半导体。由