第6章 半導(dǎo)體器件的基本特性

1、 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體 導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬 一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。 絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣 體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵 和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 6.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 Ge Si 通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成

2、通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它 們的最外層電子（價電子）都是四個。們的最外層電子（價電子）都是四個。 共價健共價健 Si Si Si Si 價電子價電子 共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱 為為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為 自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所 以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共價鍵后，每個原

3、子的最外層形成共價鍵后，每個原子的最外層 電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使 原子規(guī)則排列，形成晶體。原子規(guī)則排列，形成晶體。 Si Si Si Si Si Si Si Si 價電子價電子 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)。 空穴空穴 自由電子自由電子 Si Si Si Si p+ 多多 余余 電電 子子 磷原子磷原子 在常溫下即可在常溫下即可 變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮?失去一個失去一個 電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)?正離子正離子 Si Si Si Si B 硼原子硼原子 空穴空穴 多子的擴(kuò)散運動多子的擴(kuò)散運動 內(nèi)電場內(nèi)電場 少

4、子的漂移運動少子的漂移運動 濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空 間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬。 空間電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 6.2 PN PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 耗盡層耗盡層 1.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。 2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P中的空穴、中的空穴、N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\動（擴(kuò)散擴(kuò)散 運動運動）。）。 3.3.P區(qū)中的電子和區(qū)中的

5、電子和N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少子都是少子），）， 數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。 注意注意: : PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場外電場 IF 內(nèi)電場內(nèi)電場 PN + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加 強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂 移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于 少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少， 形成很小的反形成很小的反 向電流。向電流。IR + PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。 陰極引線陰極引線 陽極引線陽極引線 二氧化硅保護(hù)層

6、二氧化硅保護(hù)層 P型硅型硅 N型硅型硅 ( c ) 平面型 平面型 金屬觸絲金屬觸絲 陽極引線陽極引線 N型鍺片型鍺片 陰極引線陰極引線 外殼外殼 ( a ) 點接觸型點接觸型 鋁合金小球鋁合金小球 N型硅型硅 陽極引線陽極引線 PN結(jié)結(jié) 金銻合金金銻合金 底座底座 陰極引線陰極引線 ( b ) 面接觸型面接觸型 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號 陰極陰極陽極陽極 ( d ) 符號符號 D 反向擊穿反向擊穿 電壓電壓U(BR) 反向特性反向特性 U I P N + P N + 此值的大小主要取決于結(jié)電容的大小。結(jié)電容越此值的大小主要取決于結(jié)電容的大小。結(jié)電容越 大，允許工作頻率

7、越低。大，允許工作頻率越低。 加到二極管兩端的直流電壓與流過二極管的電流加到二極管兩端的直流電壓與流過二極管的電流 之比，稱為二極管的直流電阻之比，稱為二極管的直流電阻RD，即，即 F F D I U R rd 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工 作點作點Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與 電流的變化之比：電流的變化之比： d U r I 顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微小附近的微小 變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。 定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài) 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的， 例例1： D 6V 12V 3k B A U

8、AB + 例例2: mA4 3 12 2D I B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + V sin18 i tu t UZ IZ IZM UZ IZ _ + U I O Z Z ZI U r 習(xí)題：習(xí)題：P.130 6-4（a） 6-6 6-7（a）（）（d） NNP B E C B E C IB IE IC B E C IB IE IC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 發(fā)射區(qū)重?fù)诫s。作用是向基區(qū)注入載流子。發(fā)射區(qū)重?fù)诫s。作用是向基區(qū)注入載流子。 基區(qū)低摻雜且很薄。作用是傳輸控制載流子?；鶇^(qū)低摻雜且很薄。作用是傳輸控制載流子。 集電區(qū)面積很大。作用是收集發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的載流子。集電區(qū)面積很大

9、。作用是收集發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的載流子。 E EB RB RC B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO IC=ICE+ICBO ICE IB=IBE-ICBO IBE IC IB B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO B C CBOB CBOC BE CE I I II II I I CEOBCBOBC )(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 B + EC III IC IB B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO BO CECCC EEE IIII III 交流放大系數(shù)是指電

10、流變化交流放大系數(shù)是指電流變化 量之比。量之比。 與 ；與 的意義不同。 與 反映靜態(tài)時的電流放大特性； 與 反映動態(tài)時的電流放大特性。 在大多數(shù)情況下，。 注注意意： C E I I B C I I 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi) 部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是 分析放大電路的依據(jù)。分析放大電路的依據(jù)。 重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線 共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路 輸入回路輸入回路 輸出回路輸出回路 IC EB mA A V UCE UBE RB IB EC V + + + + mA B C E 常常數(shù)數(shù) CE )( BEB U UfI UCE 1V IB( A) UBE(V) 20 40 60 80 0.40.8 UCE=0V UCE =0.5V IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 常常數(shù)數(shù) B )( CEC I UfI 36 IC(mA ) 1 2 3 4