《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》電子技術(shù)中常用半導(dǎo)體器件

電子根底知識(shí)物質(zhì)按導(dǎo)電才干的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體3類(lèi)。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都是良好的導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在105S·cm-1量級(jí)；而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為絕緣體，它們的電導(dǎo)率在10-22~10-14S·cm-1量級(jí)；導(dǎo)電才干介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率在10-9~102S·cm-1量級(jí)。自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)有很多種類(lèi)，目前用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的資料大多是提純后的單晶型半導(dǎo)體，主要有硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵〔GaAs)等。半導(dǎo)體的根本知識(shí)第3頁(yè)〔1〕經(jīng)過(guò)摻入雜質(zhì)可明顯地改動(dòng)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。例如，室溫30°C時(shí)，在純真鍺中摻入一億分之一的雜質(zhì)〔稱(chēng)摻雜〕，其電導(dǎo)率會(huì)添加幾百倍?！?〕溫度可明顯地改動(dòng)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。利用這種熱敏效應(yīng)可制成熱敏器件，但另一方面，熱敏效應(yīng)使半導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性下降。因此，在半導(dǎo)體構(gòu)成的電路中常采用溫度補(bǔ)償及穩(wěn)定參數(shù)等措施?！?〕光照不僅可改動(dòng)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。利用光電效應(yīng)可制成光敏電阻、光電晶體管、光電耦合器和光電池等。光電池已在空間技術(shù)中得到廣泛的運(yùn)用，為人類(lèi)利用太陽(yáng)能提供了寬廣的前景。半導(dǎo)體之所以得到廣泛的運(yùn)用，是由于它具有以下特性。1.半導(dǎo)體的獨(dú)特性能第3頁(yè)由此可以看出：半導(dǎo)體不僅僅是電導(dǎo)率與導(dǎo)體有所不同，而且具備上述特有的性能，正是利用這些特性，使今天的半導(dǎo)體器件獲得了舉世矚目的開(kāi)展。2.本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體〔1〕天然的硅和鍺提純后構(gòu)成單晶體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體普通情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很小，其導(dǎo)電才干較弱，且受溫度影響很大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型。這是硅和鍺構(gòu)成的共價(jià)鍵構(gòu)造表示圖晶體構(gòu)造中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在熱力學(xué)零度和沒(méi)有外界能量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子沒(méi)有才干掙脫共價(jià)鍵束縛，這時(shí)晶體中幾乎沒(méi)有自在電子，因此不能導(dǎo)電第3頁(yè)當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或遭到光照等外界要素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵中的價(jià)電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因此能脫離共價(jià)鍵的束縛成為自在電子，同時(shí)在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為“空穴〞?？昭ㄗ栽陔娮颖菊靼雽?dǎo)體中產(chǎn)生電子—空穴對(duì)的景象稱(chēng)為本征激發(fā)。顯然在外電場(chǎng)的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：一是自在電子作定向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的電子電流，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子〔不是自在電子〕遞補(bǔ)空穴構(gòu)成的空穴電流。共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)電子比較容易分開(kāi)它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空穴中來(lái)，使該價(jià)電子原來(lái)所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。在半導(dǎo)體中同時(shí)存在自在電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有本質(zhì)上的區(qū)別。第3頁(yè)在純真的硅〔或鍺〕中摻入微量的磷或砷等五價(jià)元素，雜質(zhì)原子就替代了共價(jià)鍵中某些硅原子的位置，雜質(zhì)原子的四個(gè)價(jià)電子與周?chē)墓柙咏Y(jié)成共價(jià)鍵，剩下的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的束縛被激發(fā)成自在電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體構(gòu)造中，不能挪動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電。雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自在電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子，因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴。由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原子稱(chēng)為施主原子。摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其自在電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，因此稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體，也叫做N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，自在電子為多數(shù)載流子〔簡(jiǎn)稱(chēng)多子〕，空穴為少數(shù)載流子〔簡(jiǎn)稱(chēng)少子〕；不能挪動(dòng)的離子帶正電?！?〕雜質(zhì)半導(dǎo)體相對(duì)金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電才干依然很低。在假設(shè)在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為N型和P型兩大類(lèi)。N型半導(dǎo)體第3頁(yè)不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的正、負(fù)電荷數(shù)相等，依然呈電中性而不帶電。應(yīng)留意：P型半導(dǎo)體在P型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以接納一個(gè)價(jià)電子而成為不能挪動(dòng)的負(fù)離子，故稱(chēng)為受主原子。摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自在電子的濃度，因此稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。在硅〔或鍺〕晶體中摻入微量的三價(jià)元素雜質(zhì)硼〔或其他〕，硼原子在取代原晶體構(gòu)造中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因短少一個(gè)價(jià)電子而構(gòu)成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子遭到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下獲得能量時(shí)，就有能夠填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子得電子而成為不能挪動(dòng)的負(fù)離子；而原來(lái)的硅原子共價(jià)鍵那么因短少一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)空穴。于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量添加。空穴成為多數(shù)載流子，而自在電子那么成為少數(shù)載流子。第3頁(yè)正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)構(gòu)成一個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng)，稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng)，它對(duì)多數(shù)載流子的分散運(yùn)動(dòng)起阻撓作用，所以空間電荷區(qū)又稱(chēng)為阻撓層。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子起推進(jìn)作用，把少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)那么的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。3.PN結(jié)P型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在N型或P型半導(dǎo)體的部分再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或N型半導(dǎo)體，在P型和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)構(gòu)成PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的根底。左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別構(gòu)成P型和N型半導(dǎo)體。為便于了解，圖中P區(qū)僅畫(huà)出空穴〔多數(shù)載流子〕和得到一個(gè)電子的三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，N區(qū)僅畫(huà)出自在電子〔多數(shù)載流子〕和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離子。根據(jù)分散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)向N區(qū)分散，自在電子要從濃度高的N區(qū)向P區(qū)分散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡〕，構(gòu)成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū)域，這就是PN結(jié)，又叫耗盡層。第3頁(yè)空間電荷區(qū)PN結(jié)中的分散和漂移是相互聯(lián)絡(luò)，又是相互矛盾的。在一定條件〔例如溫度一定〕下，多數(shù)載流子的分散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)那么逐漸加強(qiáng)，最后兩者到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度根本穩(wěn)定下來(lái)，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的形狀。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++PN結(jié)的構(gòu)成演示根據(jù)分散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)向N區(qū)分散，自在電子要從濃度高的N區(qū)向P區(qū)分散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡〕，構(gòu)成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)〔如上圖所示〕，也就是PN結(jié)，又叫耗盡層。P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)第3頁(yè)少子漂移分散與漂移到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡構(gòu)成一定寬度的PN結(jié)多子分散構(gòu)成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)促使阻止第3頁(yè)分散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)絡(luò)又相互矛盾，分散使空間電荷區(qū)加寬，促使內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)多數(shù)載流子的繼續(xù)分散阻力增大，但使少數(shù)載流子漂移加強(qiáng)；漂移使空間電荷區(qū)變窄，電場(chǎng)減弱，又促使多子的分散容易進(jìn)展。繼續(xù)討論當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)到達(dá)和分散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡形狀?？梢韵胂螅谄胶庑螤钕?，電子從N區(qū)到P區(qū)分散電流必然等于從P區(qū)到N區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的分散電流和漂移電流也必然相等。即總的多子分散電流等于總的少子漂移電流，且二者方向相反。在無(wú)外電場(chǎng)或其他要素激發(fā)時(shí)，PN結(jié)處于平衡形狀，沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)，空間電荷區(qū)的寬度一定。由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已分散到對(duì)方，或被對(duì)方分散過(guò)來(lái)的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱(chēng)為耗盡層，其電阻率很高，為高阻區(qū)。分散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。PN結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)電容是由耗盡層引起的。耗盡層中有不能挪動(dòng)的正、負(fù)離子，各具有一定的電量，當(dāng)外加電壓使耗盡層變寬時(shí)，電荷量添加，反之，外加電壓使耗盡層變窄時(shí)，電荷量減小。這樣耗盡層中的電荷量隨外加電壓變化而改動(dòng)時(shí)，就構(gòu)成了電容效應(yīng)。第3頁(yè)3.PN結(jié)的單導(dǎo)游電性PN結(jié)具有單導(dǎo)游電的特性，也是由PN構(gòu)呵斥的半導(dǎo)體器件的主要任務(wù)機(jī)理。PN結(jié)外加正向電壓〔也叫正向偏置〕時(shí)，如左以下圖所示：正向偏置時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被減弱，多子的分散運(yùn)動(dòng)大大超越少子的漂移運(yùn)動(dòng)，N區(qū)的電子不斷分散到P區(qū)，P區(qū)的空穴也不斷分散到N區(qū)，構(gòu)成較大的正向電流，這時(shí)稱(chēng)PN結(jié)處于導(dǎo)通形狀。第3頁(yè)P(yáng)端引出極接電源負(fù)極，N端引出極電源正極的接法稱(chēng)為反向偏置；反向偏置時(shí)內(nèi)、外電場(chǎng)方向一樣，因此內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，致使多子的分散難以進(jìn)展，即PN結(jié)對(duì)反向電壓呈高阻特性；反偏時(shí)少子的漂移運(yùn)動(dòng)雖然被加強(qiáng)，但由于數(shù)量極小，反向電流IR普通情況下可忽略不計(jì)，此時(shí)稱(chēng)PN結(jié)處于截止形狀。PN結(jié)的“正偏導(dǎo)通，反偏阻斷〞稱(chēng)為其單導(dǎo)游電性質(zhì)，這正是PN構(gòu)呵斥半導(dǎo)體器件的根底。第3頁(yè)討論題半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別：金屬導(dǎo)體中只需一種載流子—自在電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種載流子—自在電子和空穴參與導(dǎo)電，而且這兩種載流子的濃度可以經(jīng)過(guò)在純真半導(dǎo)體中參與少量的有用雜質(zhì)加以控制。半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有什么區(qū)別？雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。假設(shè)摻雜的是五價(jià)元素，那么由于多電子構(gòu)成N型半導(dǎo)體：多子是電子，少子是空穴；假設(shè)摻入的是三價(jià)元素，就會(huì)由于少電子而構(gòu)成P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵構(gòu)造中空穴多于電子，且這些空穴很容易讓附近的價(jià)電子跳過(guò)來(lái)填補(bǔ)，因此價(jià)電子填補(bǔ)空穴的空穴運(yùn)動(dòng)是主要方式，所以多子是空穴，少子是電子。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)生的？為什么P型半導(dǎo)體中的空穴多于電子？N型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí)還有與電子數(shù)量一樣的正離子及由本征激發(fā)的電子—空穴對(duì)，因此整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，能否以為這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電的？為什么？空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？何謂PN結(jié)的單導(dǎo)游電性？第3頁(yè)2.半導(dǎo)體在熱〔或光照等〕作用下產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，這種景象稱(chēng)為本征激發(fā)；電子、空穴對(duì)不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì)“跳進(jìn)〞另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來(lái)，這種景象稱(chēng)為復(fù)合，即復(fù)合中電子空穴對(duì)被“吃掉〞。在一定的溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在不停地進(jìn)展，最終處于一種平衡形狀，平衡形狀下半導(dǎo)體中載流子濃度一定。

1.半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低，但少子對(duì)溫度非常敏感，即溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度根本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以根本上不受溫度影響。4.PN結(jié)的單導(dǎo)游電性是指：PN結(jié)的正向電阻很小，因此正向偏置時(shí)電流極易經(jīng)過(guò)；同時(shí)PN結(jié)的反向電阻很大，反向偏置時(shí)電流根本為零。問(wèn)題討論3.空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場(chǎng)總是妨礙多數(shù)載流子〔電流〕的分散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種妨礙作用，使得分散電流難以經(jīng)過(guò)，也就是說(shuō)，空間電荷區(qū)對(duì)分散電流呈現(xiàn)高阻。第3頁(yè)6.2半導(dǎo)體二極管1.二極管的構(gòu)造和類(lèi)型一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱(chēng)為陽(yáng)極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱(chēng)為陰極。半導(dǎo)體二極管按其構(gòu)造不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類(lèi)。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，因此結(jié)電容小，適用于高頻幾百兆赫茲下任務(wù)，但不能經(jīng)過(guò)很大的電流。主要運(yùn)用于小電流的整流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等。面接觸型二極管PN結(jié)面積大，因此能經(jīng)過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。參看二極管的實(shí)物圖第3頁(yè)2.二極管的伏安特性二極管的電路圖符號(hào)如右圖所示：〔1〕正向特性二極管外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)缺乏以抑制內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子分散的阻力，PN結(jié)仍處于截止形狀。反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇添加。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V?！?〕反向特性外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)處于截止形狀，反向電流很?。伙@然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.6～0.8V，鍺管約為0.2～0.3V。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應(yīng)降低。第3頁(yè)普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，普通都會(huì)呵斥“熱擊穿〞，熱擊穿不同于齊納擊穿和雪崩擊穿，這兩種擊穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而熱擊穿將使二極管永久性損壞。熱擊穿問(wèn)題3.二極管的主要參數(shù)1〕最大整流電流IDM：指管子長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，允許經(jīng)過(guò)的最大正向平均電流。2〕最高反向任務(wù)電壓URM：二極管運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)允許接受的最高反向電壓。3〕反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，那么管子的單導(dǎo)游電性越好。4.二極管的運(yùn)用舉例二極管運(yùn)用范圍很廣，主要是利用它的單導(dǎo)游電性，常用于整流、檢波、限幅、元件維護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開(kāi)關(guān)元件等。DTru1RLu2＋UL－二極管半波整流電路＋u－uDAU＋F二極管鉗位電路RuOuiD1D2二極管限幅電路第3頁(yè)討論P(yáng)N結(jié)擊穿景象包括哪些？擊穿能否意味著二極管的永久損壞？反向電壓添加到一定大小時(shí)，經(jīng)過(guò)二極管的反向電流劇增，這種景象稱(chēng)為二極管的反向擊穿。反向擊穿電壓普通在幾十伏以上〔高反壓管可達(dá)幾千伏〕。反向擊穿景象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類(lèi)型。雪崩擊穿：PN結(jié)反向電壓添加時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)。經(jīng)過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場(chǎng)作用下獲得較大能量，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地與晶體中其它原子發(fā)生碰撞，經(jīng)過(guò)碰撞使其它共價(jià)鍵產(chǎn)生本征激發(fā)又出現(xiàn)電子–空穴對(duì)，這種景象稱(chēng)為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)與原有的電子和空穴一樣，在電場(chǎng)作用下，也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，再經(jīng)過(guò)碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子–空穴對(duì)，從而構(gòu)成載流子的倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值，載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩一樣，忽然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的雪崩擊穿。齊納擊穿：在加有較高的反向電壓下，PN結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，它可以破壞共價(jià)鍵將束縛電子分別出來(lái)呵斥電子–空穴對(duì)，構(gòu)成較大的反向電流。發(fā)生齊納擊穿需求的電場(chǎng)強(qiáng)度約為2×10V/cm，這只需在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)中才干到達(dá)，由于雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也大，因此空間電荷區(qū)很窄，電場(chǎng)強(qiáng)度能夠很高，致使PN結(jié)產(chǎn)生雪崩擊穿。齊納擊穿和雪崩擊穿都不會(huì)呵斥二極管的永久性損壞。第3頁(yè)穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實(shí)物圖、圖符號(hào)及伏安特性如下圖：當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。圖中UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。特殊二極管1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管實(shí)物圖由圖可見(jiàn)，穩(wěn)壓管特性和普通二極管類(lèi)似，但其反向擊穿是可逆的，不會(huì)發(fā)生“熱擊穿〞，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓根本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓管圖符號(hào)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用：電流增量ΔI很大，只會(huì)引起很小的電壓變化ΔU。曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻rz=ΔU/ΔI愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。普通地說(shuō)，UZ為8V左右的穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻較小，低于這個(gè)電壓時(shí)，rz隨齊納電壓的下降迅速添加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，低的為3V，高的可達(dá)300V，穩(wěn)壓二極管在任務(wù)時(shí)的正向壓降約為0.6V。I/mA40302010-5-10-15-20〔μA〕正向00.40.8－12－8－4反向ΔUZΔIZU/V第3頁(yè)留意：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中普通都要加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流任務(wù)在Izmax和Izmix的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在運(yùn)用中要采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗平?jīng)過(guò)管子的電流值，以保證管子不會(huì)呵斥熱擊穿。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：〔1〕穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿后穩(wěn)定任務(wù)的電壓?！?〕穩(wěn)定電流IZ：任務(wù)電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流?！?〕動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)定任務(wù)范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=ΔUZ/ΔIZ〔4〕耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM。額定耗散功率PZM是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。IZM是指穩(wěn)壓管允許經(jīng)過(guò)的最大電流。二者關(guān)系可寫(xiě)為：PZM=UZIZM討論回想二極管的反向擊穿時(shí)特性：當(dāng)反向電壓超越擊穿電壓時(shí)，流過(guò)管子的電流會(huì)急劇添加。擊穿并不意味著管子一定要損壞，假設(shè)我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗平?jīng)過(guò)管子的電流，就能保證管子不因過(guò)熱而燒壞。在反向擊穿形狀下，讓流過(guò)管子的電流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，利用這一點(diǎn)可以到達(dá)“穩(wěn)壓〞的效果。穩(wěn)壓管是怎樣實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的？第3頁(yè)2.發(fā)光二極管單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物發(fā)光二極管圖符號(hào)發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN構(gòu)呵斥，具有單導(dǎo)游電性。左圖所示為發(fā)光二極管的實(shí)物圖和圖符號(hào)。發(fā)光二極管是一種功率控制器件，常用來(lái)作為數(shù)字電路的數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單個(gè)發(fā)光二極管常作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源以及光電耦合器中的發(fā)光元件等。3.光電二極管光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由PN構(gòu)呵斥，具有單導(dǎo)游電性。光電二極管的管殼上有一個(gè)能射入光線的“窗口〞，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)展封鎖，入射光經(jīng)過(guò)透鏡正好射在管芯上。問(wèn)題討論利用穩(wěn)壓管的正向壓降，能否也可以穩(wěn)壓？利用穩(wěn)壓管的正向壓降是不能進(jìn)展穩(wěn)壓的。由于穩(wěn)壓管的正向特性與普通二極管一樣，正向電阻非常小，任務(wù)在正導(dǎo)游通區(qū)時(shí)，正向電壓普通為0.6V左右，此電壓數(shù)值普通變化不大。第3頁(yè)雙極型三極管6.4.1雙極型晶體管的根本構(gòu)造和類(lèi)型雙極型晶體管是由兩個(gè)背靠背、互有影響的PN構(gòu)呵斥的。在任務(wù)過(guò)程中兩種載流子都參與導(dǎo)電，所以全稱(chēng)號(hào)為雙極結(jié)型晶體管。雙極結(jié)型晶體管有三個(gè)引出電極，人們習(xí)慣上又稱(chēng)它為晶體三極管或簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管。

晶體管的種類(lèi)很多,按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體資料分，有硅管、鍺管等等。但是從它的外形來(lái)看，晶體管都有三個(gè)電極，常見(jiàn)的晶體管外形如下圖：從晶體管的外形可看出，其共同特征就是具有三個(gè)電極，這就是“三極管〞簡(jiǎn)稱(chēng)的來(lái)歷。第3頁(yè)由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱(chēng)為NPN管。還有一種與它成對(duì)偶方式的，即兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體的管子，稱(chēng)為PNP管。晶體控制造工藝上的特點(diǎn)是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度底，集電結(jié)面積大。這樣的構(gòu)造才干保證晶體管具有電流放大作用。基極發(fā)射極集電極晶體管有兩個(gè)結(jié)晶體管有三個(gè)區(qū)晶體管有三個(gè)電極第6章結(jié)論：三極管是一種具有電流放大作用的模擬器件。晶體管的電流分配與放大作用μAmAmAICIBIEUBBUCCRB3DG6NPN型晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路RCCEB左圖所示為驗(yàn)證三極管電流放大作用的實(shí)驗(yàn)電路，這種電路接法稱(chēng)為共射電路。其中，直流電壓源UCC應(yīng)大于UBB，從而使電路滿足放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置。改動(dòng)可調(diào)電阻RB，基極電流IB，集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都會(huì)發(fā)生變化，由丈量結(jié)果可得出以下結(jié)論：晶體管電流放大的條件：晶體管內(nèi)部：a〕發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度>>基區(qū)>>集電區(qū)；b〕基區(qū)很薄。晶體管外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。1.IE＝IB＋I(xiàn)C〔符合KCL定律〕2.IC≈βIB，β為管子的流放大系數(shù)，用來(lái)表征三極管的電流放大才干：3.△IC≈β△IB

第6章晶體管的電流放大原理：1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)分散電子的過(guò)程：由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自在電子將不斷分散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，構(gòu)成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的分散和復(fù)合過(guò)程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極分散過(guò)來(lái)的電子只需很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能分散到集電結(jié)邊緣。實(shí)驗(yàn)闡明：IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因此IB雖然很小，但對(duì)IC有控制造用，IC隨IB的改動(dòng)而改動(dòng)，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，闡明基極電流對(duì)集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。3、集電區(qū)搜集從發(fā)射區(qū)分散過(guò)來(lái)的電子過(guò)程：由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)分散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而構(gòu)成較大的集電極電流IC。第6章晶體管的特性曲線1．輸入特性曲線晶體管的輸入特性與二極管類(lèi)似死區(qū)電壓UCE≥1V，緣由是b、e間加正向電壓。這時(shí)集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分分散到集電結(jié)，只需一小部分與基區(qū)中的空穴復(fù)合，構(gòu)成IB。與UCE=0V時(shí)相比，在UBE一樣的條件下，IB要小的多。從圖中可以看出，導(dǎo)通電壓約為0.5V。嚴(yán)厲地說(shuō)，當(dāng)UCE逐漸添加時(shí)，IB逐漸減小，曲線逐漸向右移。這是由于UCE添加時(shí)，集電結(jié)的耗盡層變寬，減小了基區(qū)的有效寬度，不利于空穴的復(fù)合，所以IB減小。不過(guò)UCE超越1V以后再添加，IC添加很少，由于IB的變化量也很小，通?？梢院雎訳CE變化對(duì)IB的影響，以為UCE1V時(shí)的曲線都重合在一同。第6章〔1〕放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置〔2〕截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置〔3〕飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置2．輸出特性曲線iB>0，uBE>0，uCE≤uBE第6章晶體管的主要參數(shù)1、電流放大倍數(shù)β：iC=βiB2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=〔1+β〕iCBO3、極限參數(shù)〔1〕集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時(shí)所允許的最大集電極電流?！?〕反向擊穿電壓U〔BR〕CEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓：基極開(kāi)路時(shí)、集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。為保證晶體管平安任務(wù)，普通應(yīng)?。骸?〕集電極最大允許功耗PCM：晶體管的參數(shù)不超越允許值時(shí)，集電極所耗費(fèi)的最大功率。第6章學(xué)習(xí)與討論晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換運(yùn)用的。由于發(fā)射區(qū)的摻雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和，假設(shè)互換作用顯然不行。晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換運(yùn)用？為什么?晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)任務(wù)時(shí)，UCE<UBE，集電結(jié)也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)大大減弱，這種情況下極不利于集電區(qū)搜集從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子，因此在一樣的基極電流IB時(shí)，集電極電流IC比放大形狀下要小很多，可見(jiàn)飽和區(qū)下的電流放大倍數(shù)不再等于β。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)任務(wù)時(shí)，其電流放大系數(shù)能否也等于β？N型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí)還有與電子數(shù)量一樣的正離子及由本征激發(fā)的電子—空穴對(duì)，因此整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度?。慷疫€要做得很?。康?章單極型三極管單極型三極管只需一種載流子〔多數(shù)載流子〕參與導(dǎo)電而命名之。單極型三極管又是利用電場(chǎng)控制半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)的一種有源器件，因此又稱(chēng)之為場(chǎng)效應(yīng)管。目前場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)用得最多的是以二氧化硅作為絕緣介質(zhì)的金屬—氧化物—半導(dǎo)體絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，這種場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱(chēng)為CMOS管。與雙極型晶體管相比，單極型三極管除了具有雙極型晶體管體積小、分量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有輸入阻抗高、動(dòng)態(tài)范圍大、熱穩(wěn)定性能好、抗輻射才干強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)展得非常迅速，很多場(chǎng)所取代了雙極型晶體管，特別時(shí)大規(guī)模集成電路，大都由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)物圖第6章1.MOS管的根本構(gòu)造

根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造和任務(wù)原理的不同，普通可分為兩大類(lèi)：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)N溝道管構(gòu)造圖及電路圖符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)P溝道管構(gòu)造圖及電路圖符號(hào)第6章絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，目前常用的是以二氧化硅SiO2作為金屬鋁柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管。它有N溝道和P溝道兩類(lèi)，而每一類(lèi)又分加強(qiáng)型和耗盡型兩種。所謂加強(qiáng)型就是UGS＝0時(shí)，漏源之間沒(méi)有導(dǎo)電溝道，即使在漏源之間加上一定范圍內(nèi)的電壓，也沒(méi)有漏極電流；反之，在UGS=0時(shí)，漏源之間存在有導(dǎo)電溝道的稱(chēng)為耗盡型。左圖是N溝道加強(qiáng)型MOS管的構(gòu)造圖：一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅片作為襯底B，在其中分散兩個(gè)N+區(qū)作為電極，分別稱(chēng)為源極S和漏極D。半導(dǎo)體外表覆蓋一層很薄的二氧化硅〔SiO2〕絕緣層，在漏源極間的絕緣層上再制造一層金屬鋁，稱(chēng)為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道加強(qiáng)型MOS管。顯然它的柵極與其它電極間是絕緣的。柵極漏極源極二氧化硅絕緣層P型硅襯底鋁第6章N溝道加強(qiáng)型MOS管圖符號(hào)P溝道加強(qiáng)型MOS管圖符號(hào)2.MOS管的任務(wù)原理MOS管的源極和襯底通常是接在一同的(大多數(shù)管子在出廠前已銜接好)，且N溝道加強(qiáng)型MOS管不存在原始溝道。因此，當(dāng)UGS=0時(shí)，加強(qiáng)型MOS管的漏源之間相當(dāng)于有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，所以即使在D、S間加上電壓，無(wú)論UDD的極性如何，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏形狀，因此場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通，ID=0。PＮ＋結(jié)UDD－＋P型硅襯底PDSGN＋N＋PＮ＋結(jié)UGS怎樣才干產(chǎn)生導(dǎo)電溝道呢？++++++++耗盡層導(dǎo)電溝道在G、S間加正電壓，即柵極、襯底間加UGS〔與源極連在一同〕，由于二氧化硅絕緣層的存在，故沒(méi)有電流。但是金屬柵極被充電而聚集正電荷。P型襯底中的多子空穴被正電荷構(gòu)成的電場(chǎng)排斥向下運(yùn)動(dòng)，在外表留下帶負(fù)電的受主離子，構(gòu)成耗盡層。隨著G、S間正電壓的添加，耗盡層加寬。當(dāng)UGS增大到一定值時(shí)，襯底中的少子電子被正電荷吸引到外表，在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成了一個(gè)N型薄層，這個(gè)反型層構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的UGS稱(chēng)為開(kāi)啟電壓UT。UGS繼續(xù)添加，襯底外表感應(yīng)電子增多，導(dǎo)電溝道加寬，但耗盡層的寬度卻不再變化。即用UGS的大小可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。第6章

由上述分析可知，N溝道加強(qiáng)型MOS管在UGS＜UT時(shí)，導(dǎo)電溝道不能構(gòu)成，ID=0，這時(shí)管子處于截止形狀；當(dāng)UGS=UT時(shí)，導(dǎo)電溝道開(kāi)場(chǎng)構(gòu)成，此時(shí)假設(shè)在漏源極間加正向電壓UDD，就會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生，管子開(kāi)場(chǎng)導(dǎo)通；UGS>UT時(shí)，隨著UGS的增大，導(dǎo)電溝道