第14章半导体器 件 1. 半导体的导电特性 2. PN结及其单向导电性 3. 二极管 4. 稳压二极管 5. 双极型晶体管 6. 光电器件 1/58 章目录上一页下一页返回退出
1/58 章目录 上一页 下一页 返回 退出 第14章 半导体器 件 1. 半导体的导电特性 2. PN结及其单向导电性 3. 二极管 4. 稳压二极管 5. 双极型晶体管 6. 光电器件
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术 指标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似 ,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的误差， 可采用合理估算的方法。 2/58 章目录上一页下一页返回退出
2/58 章目录 上一页 下一页 返回 退出 对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术 指标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况, 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似 ,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标, 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的误差， 可采用合理估算的方法
14.1半导体的导电特性 半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化（可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏晶体管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能 力明显改变（可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、晶体管和晶闸管等)。 3/58 章目录上一页下一页返回退出
3/58 章目录 上一页 下一页 返回 退出 14.1 半导体的导电特性 半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时, 导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件, 如光敏电阻、光敏二极 管、光敏晶体管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质, 导电能 力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、晶体管和晶闸管等）
14.1.1本征半导体 完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本征半导体。 价电子 Si Si 共价健 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价键结构 共价键中的两个电子，称为价电子。 4/58 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 14.1.1 本征半导体 完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本征半导体。 共价健 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价键结构 共价键中的两个电子，称为价电子。 价电子 Si 4/58 Si Si Si
自由电子 本征半导体的导电机理价 电子在获得一定能量 (温度升高或受光照)后，即 可挣脱原子核的束缚，成 为自由电子（带负电），同时 共价键中留下一个空位， 称为空穴（带正电） 空穴 人● 这一现象称为本征激发。 温度愈高，晶体中产 价电子 生的自由电子便愈多。 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子 来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于 空穴的运动（相当于正电荷的移动）。 5/58 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 Si Si Si Si 价电子 本征半导体的导电机理 价 电子在获得一定能量 (温度升高或受光照)后, 即 可挣脱原子核的束缚，成 为自由电子(带负电), 同时 共价键中留下一个空位， 称为空穴（带正电）。 这一现象称为本征激发。 温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。 自由电子 在外电场的作用下, 空穴吸引相邻原子的价电子 来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于 空穴的运动(相当于正电荷的移动)。 空穴 5/58
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两 部分电流： (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在 一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半 导体中的载流子便维持一定的数目。 注意： (1)本征半导体中的载流子数目极少，其导电性能很差； (2)温度愈高，载流子的数目愈多，半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。 6158 章目录上一页下一页返回退出
6/58 章目录 上一页 下一页 返回 退出 本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两 部分电流： (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时, 又不断复合。在 一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半 导体中的载流子便维持一定的数目。 注意： (1)本征半导体中的载流子数目极少,其导电性能很差; (2)温度愈高，载流子的数目愈多, 半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大
14.1.2N型半导体和P型半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形 成杂质半导体。 在常温下即可变 、X><〔为自由电子 掺入五价元素 掺杂后自由电子数目 多余 大量增加，自由电子导 电子 电成为这种半导体的主 要导电方式，称为电子 半导体或N型半导体。 磷原子 在N型半导体中自由 失去一 电子变为 电子是多数载流子，空 正离子 穴是少数载流子。 7/58 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 Si Si Si 14.1.2 N型半导体和 P 型半导体 掺入五价元素 多余 电子 磷原子 在常温下即可变 为自由电子 失去一个 电子变为 正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质 (某种元素) , 形 成杂质半导体。 掺杂后自由电子数目 大量增加，自由电子导 电成为这种半导体的主 要导电方式，称为电子 半导体或N型半导体。 在N 型半导体中自由 电子是多数载流子，空 穴是少数载流子。 PS + i 7/58
14.1.2 N型半导体和P型半导体 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量 增加，空穴导电成为这 <>< 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在P型半导体中空穴 接受 电子变为 是多数载流子，自由电 负离子 子是少数载流子。 无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。 8/58 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 Si Si Si 14.1.2 N型半导体和 P 型半导体 掺入三价元素 掺杂后空穴数目大量 增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P 型半导体。 在P 型半导体中空穴 是多数载流子, 自由电 子是少数载流子。 BS – i 硼原子 接受一个 电子变为 负离子 空穴 8/58 无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性
14.2PN结及其单向导电性 14.2.1PN结的形成 内电场越强，漂移 空间电荷区也称PN结。 运动越强，而漂移使 少子的漂移运动 空间电荷区变薄。 40 P型半导体 内电场y 导体 ⊕ ①⊕ 扩散和漂移这 一对相反的运动 g.g00 ⊕ 最终达到动态平 田9甲甲 ⊕ 衡，空间电荷区 甲甲甲 的厚度固定不变。 浓度差一 多子的扩散运 形成空间电荷区 动 扩散的结果使空 间电荷区变觅。 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 14.2 PN结及其单向导电性 P 型半导体 内电场 N 型半导体 14.2.1 PN结的形成 空间电荷区也称 PN 结。 少子的漂移运动 扩散和漂移这 一对相反的运动 最终达到动态平 衡，空间电荷区 的厚度固定不变。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 浓度差 形成空间电荷区 内电场越强，漂移 运动越强，而漂移使 空间电荷区变薄。 多子的扩散运 动 扩散的结果使空 间电荷9/区变58 宽
14.2.2PN结的单向导电性 1.PN结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负 PN结变窄 ⊕ 内电场被 削弱，多子 ⊕④⊕ 的扩散加强 内电场 N 形成较大的 外电场 扩散电流。 PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大， 正向电阻较小，PN结处于导通状态。 10/58 章目录上一页下一页返回退出
章目录 上一页 下一页 返回 退出 14.2.2 PN结的单向导电性 1. PN 结加正向电压 (正向偏置) P接正、N接负 内电场被 削弱，多子 的扩散加强, 形成较大的 扩散电流。 PN 结变窄 IF P N － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 内电场 外电场 – U PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大， 正向电阻较小，PN结处于导通状态。 10/58