電工學(xué)下冊課件第1章 常用半導(dǎo)體器件

1、2022-5-221第第1 1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件1.4半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.21.3半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管特殊二極管特殊二極管晶體管晶體管2022-5-2221.二極管的單向?qū)щ娞匦远O管的單向?qū)щ娞匦?重點(diǎn)重點(diǎn)：3.理解三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)理解三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)2.二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法4.三極管的放大條件和電流分配關(guān)系三極管的放大條件和電流分配關(guān)系2022-5-2231.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 在物理學(xué)中根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以劃分為在物理學(xué)中根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以劃分為導(dǎo)體導(dǎo)體、絕絕緣體緣體和和半導(dǎo)體半導(dǎo)體

2、。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為四個(gè)電子稱為價(jià)電子價(jià)電子。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素價(jià)元素。2022-5-2241.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的特性：半導(dǎo)體的特性：2022-5-2251. 1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體共價(jià)健共價(jià)健價(jià)電子價(jià)電子制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材 料 的 純 度 要 達(dá) 到材 料 的 純 度 要 達(dá) 到 99.9999999%99.9999999%，常

3、稱為，常稱為“九個(gè)九個(gè)9”9”。SiSiSiSi1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-226 在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛，不會(huì)成為緊束縛，不會(huì)成為自由電子自由電子1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。能力很弱，接近絕緣體。自由電子濃度決定導(dǎo)電能力自由電子濃度決定導(dǎo)電能力2022-5-227SiSiSiSi價(jià)電子價(jià)電子1）本征激發(fā)（熱激發(fā)）本征激發(fā)（熱激發(fā)）空穴空穴自由電子自由電子1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性激發(fā)與復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡激發(fā)

4、與復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡2022-5-2282）兩種載流子）兩種載流子1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-2292）兩種載流子）兩種載流子1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性虛擬出來的虛擬出來的2022-5-2210SiSiSiSi2.N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體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)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性+2022-5-2211SiSiSiSi 因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)

5、價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。一個(gè)空穴。B硼原子硼原子空穴空穴1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-22123.PN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)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 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-22133.PN結(jié)的形成結(jié)的形成空間電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN PN 結(jié)結(jié) 1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-2214+4.

6、PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦约诱螂妷海ㄕ蚱茫┘诱螂妷海ㄕ蚱茫┛臻g電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄 P P接正、接正、N N接負(fù)接負(fù) IF內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場內(nèi)電場內(nèi)電場 多子擴(kuò)散加強(qiáng)多子擴(kuò)散加強(qiáng) 大的擴(kuò)散電流大的擴(kuò)散電流 1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性+R2022-5-2215+空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬加反向電壓（反向偏置）加反向電壓（反向偏置）IR P P接負(fù)、接負(fù)、N N接正接正 +內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場內(nèi)電場內(nèi)電場 阻止擴(kuò)散、促阻止擴(kuò)散、促進(jìn)少子漂移進(jìn)少子漂移 很小的漂移電流很小的漂移電流 1.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-2216

7、要點(diǎn)回顧要點(diǎn)回顧:半導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體特性：半導(dǎo)體特性：熱敏性、光敏性、摻雜性熱敏性、光敏性、摻雜性本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體本征激發(fā)本征激發(fā)N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：電子電子空穴空穴PN結(jié)形成結(jié)形成導(dǎo)電能力很弱導(dǎo)電能力很弱自由電子空穴對(duì)自由電子空穴對(duì)兩種載流子兩種載流子+PN結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦哉驅(qū)ā⒎聪蚪刂拐驅(qū)?、反向截?022-5-2217PNPN結(jié)加結(jié)加正向電正向電壓壓呈現(xiàn)低電阻，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正具有較大的正向擴(kuò)散電流；向擴(kuò)散電流；PNPN結(jié)加結(jié)加反向電反向電壓壓時(shí)呈現(xiàn)高電時(shí)呈現(xiàn)高電阻，具有很小阻，具有很小的反向漂移電的反向漂移電流。流

8、。 由此可以得出結(jié)論由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.11.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2022-5-2218 在在PNPN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。三大類。(a) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等容小，用于檢波和變頻等高頻電路。高頻電路。點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸型型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1. 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)20

9、22-5-2219平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造藝往往用于集成電路制造藝中。中。PN PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。于高頻整流和開關(guān)電路中。面接觸型二極管面接觸型二極管 PNPN結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線陽極陽極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(d) 代表符號(hào)代表符號(hào)k 陰極陰極陽極陽極 a1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-2220半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片1.2 半導(dǎo)體二極

10、管半導(dǎo)體二極管2022-5-22211.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-22221.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-2223半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，代表器件的類型，P P為普通管，為普通管，Z Z為整流管，為整流管，K K為開關(guān)管。為開關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A A為為N N型型GeGe，B B為為P P型型GeGe， C C為為N N型型SiSi， D D為為P P型型SiSi。2 2

11、代表二極管，代表二極管，3 3代表三極管。代表三極管。1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-2224 半導(dǎo)體三極管的型號(hào)半導(dǎo)體三極管的型號(hào)第二位：第二位：A A鍺鍺PNPPNP管、管、B B鍺鍺NPNNPN管、管、 C C硅硅PNPPNP管、管、D D硅硅NPNNPN管管 第三位：第三位：X X低頻小功率管、低頻小功率管、D D低頻大功率管、低頻大功率管、 G G高頻小功率管、高頻小功率管、A A高頻大功率管、高頻大功率管、K K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一

12、型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-22252. 伏安特性伏安特性反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2022-5-2226 3.3.二極管電路分析舉例二極管電路分析舉例 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1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管分析方法：分析方法：理想開關(guān)理想開關(guān)2022-5-2227例例1 1 整

13、流電路整流電路, ,畫出畫出vO的波形的波形（a）電路圖）電路圖1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管t vst vovs0, D導(dǎo)通，導(dǎo)通，vo=vsvs0.3，集電極已經(jīng)收集了大部分電子，集電極已經(jīng)收集了大部分電子，所以曲線基本重合所以曲線基本重合集電極收集電子能力增強(qiáng)集電極收集電子能力增強(qiáng), 復(fù)合減少復(fù)合減少2022-5-2249放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸，軸，與與vCE無關(guān)，受無關(guān)，受iB控制。此控制。此時(shí)，時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏反偏。飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC隨隨vCE的增加的增加變化很快，一般變化很快，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此時(shí)，。此時(shí)，發(fā)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小或反偏電壓很小。iC=f(vCE)