常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结1.1.1本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。无杂质稳定的结构半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2、本征半导体的结构特点GeSi纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。体结构：硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+43、本征半导体的两种载流子在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的运载电荷粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1)载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。+4+4+4+4若外加一个电场，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。两种载流子浓度相等。本征半导体中电流由两部分组成：空穴移动产生的电流。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大，导电性越强。动态平衡绝对零度下，不导电。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？型半导体中空穴是多子，电子是少子。3、杂质半导体的示意表示法型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。1.1.3PN结的形成及其单向导电性物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴浓度远高N区自由电子浓度远高扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。PN结的形成因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。1.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴，N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。注意:PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。PN结的单向导电性必要吗？PN结的电流方程kTqu由理论分析知，PN结外加电压的关系为：其中,为反向饱和电流，q为电子电量，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度。将kT/q反向击穿部分PN结处于反向偏置时，反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象称反向击穿。PN结的伏安特性反向击穿电压UBR齐纳击穿和雪崩击穿清华大学、PN结的电容效应势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容C扩散电容外加正向电压时，扩散区非平衡少子有浓度差，越靠近PN结浓度越大。正向电压大，非平衡少子浓度增多且梯度增大积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容C结电容：结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？为什么半导体器件有最高工作频率？1.2半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管1.2.1半导体二极管的几种常见结构将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率二极管大功率二极管稳压 二极管 发光 二极管 点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许 的电流小，最高工作 频率高。 面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。 平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 1.2.2二极管的伏安特性及电流方程 材料 开启电压 导通电压 反向饱和电流 硅Si 0.5V 0.5~0.8V 0.1A以下 锗Ge 0.1V 0.1~0.3V 几十A 开启电压 反向饱 和电流 击穿 电压 mV) 26 常温下温度的 电压当量 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 从二极管的伏安特性可以反映出： 正向特性为指数曲线 反向特性为横轴的平行线 伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下正向压降u 反向饱和电流I T（）正向特性左移，反向特性下移增大1倍/10 减小2- 2.5mv/1 1.2.3 二极管的主要参数 ：因PN结有电容效应1.2.4 二极管的等效电路（等效模型） 能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路， 建立等效电路的方法： 理想二极管 近似分析 中最常用 理想开关 成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！ S闭合时：D截止理想二极管：开启电压=0 二极管：开启电压=0.5V，导通压降0.7V(硅二极管) 二极管半波整流：二极管应用电路举例： 根据电流方程，Q越高，r 越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。 =0时直流电源作用小信号作用 静态电流 电路波形分 直流电压源和交流电压源 同时作用的二极管 电路 可比，则需图解：实测特性 二极管的模型有什么不同？ 1.2.5 稳压二极管 伏安特性进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流 由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 主要参数稳定电压U 最大功耗PZM 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 流的限流电阻！ 限流电阻 斜率？ 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入 电压或负载电流变化时，通过