14半导体器件2.ppt

半导体三极管的基本结构 三极管内部结构 小 结 1.半导体基本知识:本征激发、多数载流子、少数载流子、P、N型半导体、半导体导电性受温度、光照的影响 2.PN结:PN结形成、空间电荷区(内电场)、单向导电性、非线性的伏安特性(正向；反向；反向击穿)、死区(开启)电压、等效模型 3.二极管应用:整流、检波、限幅、逻辑、稳压 4.其他二极管:发光、变容、光电、激光等二极管 问与答 1.PN结伏安特性分为哪3个区域？ 2.二极管正向电阻与反向电阻哪个大？ 3.硅二极管的导通电压一般取几伏？ 4.二极管的简化模型有几种？一般根据什么原则选用？ 5.稳压电路中的限流电阻计算原则? §14.5 双极型三极管 半导体双极型三极管是具有电流放大功能的元件 频率： 高频管、低频管 功率： 材料： 小、中、大功率管 硅管、锗管 类型： NPN型、PNP型 基区 集电区 发射区 基极 集电极 发射极 集电结 发射结 NPN型 T 基极 B: Base 发射极 E: Emitter 集电极 C: Collector PNP型 T 三极管内部结构特点： 发射区：掺杂质最多。（多数载流子最多） 基区：掺杂质最少，最薄。（多数载流子少） 集电区：面积最大。（容易收集多数载流子） §14 半导体二极管及其应用 §14.1 半导体基础知识 根据物质导电能力(电阻率)不同，划分为导体、绝缘体和半导体。 半导体的电阻率为10-3～109 ??cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的特点： 1）导电能力不同于导体、绝缘体； 2）受外界光和热刺激时导电能力发生很大变化—— 光敏元件、热敏元件； 3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。 本征半导体：纯净的半导体晶体。 . 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。 原子按一定规律整齐排列，形成晶体点阵后，结构图为： +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 本征激发和两种载流子 当T=0K和无外界激发时，导体中没有载流子，不导电。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子(本征激发) 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为空穴。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 例：纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级。 在室温下，载流子浓度为ni=pi=1010/cm3数量级， 掺入百万分之一的杂质（10-6），则掺杂后载流子浓度为106+1010，约为1016数量级，比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。 意味着导电能力增加了一百万倍。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 多余电子， 成为自由电子 +5 自由电子 +5 N型半导体（电子型半导体）Negative 在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ). 电子为多数载流子。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 P型半导体（空穴型半导体）Positive 在本征半导体中掺入三价的元素（硼）. 空穴为多数载流子。 +3 空穴 空穴 PN结的形成 一块本征半导体两侧通过扩散不同杂质,分别形成P型半导体和 N型半导体。 扩散运动 空间电荷区 削弱内电场 漂移运动 内电场 动态平衡 － － － － － － － － － － － － － － － － P 内电场 电荷区空间 扩散运动 漂移运动 N PN结的单向导电性 外电场方向与内电场方向相反 空间电荷区(耗尽层)变薄 扩散＞漂移 导通电流很大 。呈低阻态 － － － － － － － － P N 内电场 外电场 加正向电压（正偏） P（+） N（－） － － － － － － － － P区的空穴和N区的电子(统称少子)背离空间电荷区漂移，空间电荷区的离子增加，空间电荷区加宽。空间电荷区阻碍P区空穴和N区电子向对方区域扩散。但对P区电子(少子)和N区空穴(少子)的漂移有利，形成漂移电流。即：PN结的反向电流IR(也称：反向饱和电流IS ) 外电场与内电场相同 耗尽层加厚 漂移＞扩散 形成反向电流IR，很小。呈高阻态 N － － － － － － － － － － － － － － － － P 内电场 外电场 加反向电压（反偏）P（－） N（+） PN结正向偏置，导通。 PN结反向偏置，截止。 这种PN结导