1、 半導體的導電特性半導體的導電特性半導體半導體semiconductor：導電能力介于導體和絕緣體導電能力介于導體和絕緣體之間的材料。之間的材料。常見的半導體材料有硅、鍺、硒及許多金屬的氧化常見的半導體材料有硅、鍺、硒及許多金屬的氧化物和硫化物等。半導體材料多以晶體的形式存在。物和硫化物等。半導體材料多以晶體的形式存在。半導體材料的特性：半導體材料的特性：1. 純凈半導體的導電能力很差；純凈半導體的導電能力很差；2. 溫度升高溫度升高導電能力增強；導電能力增強；3. 光照增強光照增強導電能力增強；導電能力增強；4. 摻入少量雜質摻入少量雜質導電能力增強。導電能力增強。 半導體的導電特性半導體的

2、導電特性共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子 Si Si Si Si價電子價電子這一現象稱為本征激發。這一現象稱為本征激發。空穴空穴自由電子自由電子 Si Si Si Sip+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為自由電子變為自由電子失去一個失去一個電子變為電子變為正離子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴PN結結(PN junction)不論是不論是P型半導體還是型半導體還是N型半導體，都只能看做是一型半導體，都只能看做是一般的導電材料，不具有半導體器件的任何特點。般的導電材料，不具有半導體器件的任何特點。半導體器件的核心是半導體器件的核心是PN

3、結，是采取一定的工藝措施結，是采取一定的工藝措施在一塊半導體晶片的兩側分別制成在一塊半導體晶片的兩側分別制成P型半導體和型半導體和N型型半導體，在兩種半導體的交界面上形成半導體，在兩種半導體的交界面上形成PN結。結。各種各樣的半導體器件都是以各種各樣的半導體器件都是以PN結為核心而制成結為核心而制成的，正確認識的，正確認識PN結是了解和運用各種半導體器件結是了解和運用各種半導體器件的關鍵所在。的關鍵所在。多子的擴散運動多子的擴散運動內電場內電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結果使擴散的結果使空間電荷區變寬。空間電荷區變寬。空間電荷區也稱空間電荷區也稱 PN 結結 +形成空間電

4、荷區形成空間電荷區PN 結變窄結變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內電場內電場PN+ 內電場被加內電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數量很少，少子數量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層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結結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體二極管的結構和符號半導體二極

5、管的結構和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D二極管的分類根據制造二極管的根據制造二極管的半導體材料半導體材料 分為硅、鍺等分為硅、鍺等；根據二極管的結構根據二極管的結構 分為點接觸、面接觸等；分為點接觸、面接觸等；根據二極管的工作頻率根據二極管的工作頻率 分為低頻、高頻等；分為低頻、高頻等； 根據二極管的功能根據二極管的功能 分為檢波、整流、開關、分為檢波、整流、開關、變容、發光、光敏、觸發及隧道二極管等；變容、發光、光敏、觸發及隧道二極管等； 根據二極管的功率特性根據二極管的功率特性 分為小功率、大功率分為小功率、大功率二極管等；二極管等； 半導體二極管的型號半導體二極管的型號國家

6、標準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數字代表同類器件的不同規格。用數字代表同類器件的不同規格。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關管。為開關管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。半導體二極管圖片反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+小小 技技 巧巧 二極管的簡易測量 根據二極管的單向導電性可知，二極管正向電阻小，反向電阻大。利用這一特點，可以用萬

7、用表的電阻擋大致測量出二極管的好壞和正負極性 定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態判斷二極管的工作狀態導通導通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的， 如圖由如圖由RC構成微分電路，構成微分電路，當輸入電壓當輸入電壓ui為矩形波時，試為矩形波時，試畫出輸出電壓畫出輸出電壓uo的波形。的波形。(設設uc0 =U0)CCRDRLuiuRuouitouRtouotoU例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOU(V)0.400.8-8-4I (mA)204010-20-

8、1030-12反向正向穩壓管的使用：穩壓管工作于反向擊穿區，穩壓管工作于反向擊穿區，常見電路如下。常見電路如下。U iRU oR L在電路中穩壓管是反向聯接的。當在電路中穩壓管是反向聯接的。當U i大于穩壓管的擊穿電壓時，穩壓大于穩壓管的擊穿電壓時，穩壓管被擊穿，電流將增大，電阻管被擊穿，電流將增大，電阻R兩兩端的電壓增大，在一定的電流范圍端的電壓增大，在一定的電流范圍內穩壓管兩端的電壓基本不變，輸內穩壓管兩端的電壓基本不變，輸出電壓出電壓U i等于等于U z 。ZZ ZIUr 半導體三極管半導體三極管半導體三極管半導體三極管(晶體管晶體管)是最重要的一種半導體器件。是最重要的一種半導體器件。

9、廣泛應用于各種電子電路中。廣泛應用于各種電子電路中。一. 基本結構晶體管最常見的結構有平面型和合金型兩種。平面晶體管最常見的結構有平面型和合金型兩種。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。型都是硅管、合金型主要是鍺管。它們都具有NPN或PNP的三層兩結三層兩結的結構，因而又有NPN和PNP兩類晶體管。其三層分別稱為發射區、基區和集電區，并引出發發射極射極(E)、基極基極(B)和集電極集電極(C)三個電極。三層之間的兩個PN結結分別稱為發射結發射結和集電結集電結。本節介紹晶體管的結構、特性及參數的內容。本節介紹晶體管的結構、特性及參數的內容。NNPBECBECIBIEICBECIBIEICN型硅型硅

10、P型型N型型二氧化硅保護膜CBEN型鍺銦球銦球P型P型CEB平面型結構合金型結構NNP發射結發射結集電結集電結發射區發射區集電區集電區基區基區EBCNPP發射區發射區集電區集電區基區基區發射結發射結集電結集電結EBCBECBECEEBRBRCBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO用載流子在晶體管內部的運動規律來解釋上述結論。用載流子在晶體管內部的運動規律來解釋上述結論。電流分配和放大原理電流分配和放大原理 外部條件：發射結加正向電壓；集電結加反向電外部條件：發射結加正向電壓；集電結加反向電壓。壓。 UBE0,UBC0,UBC=UBE-UCE,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止

11、區：截止區： UBE 死區電壓，死區電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當當USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態工作點晶體管的靜態工作點Q位位于哪個區？于哪個區？當當USB =-2V時：時：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：最大飽和電流：Q位于截止區位于截止區 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當當USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態工作點晶體管的靜態工作點Q位位于

12、哪個區？于哪個區？ICBcmaxIImA2cmaxcII三、主要參數三、主要參數前面的電路中，三極管的發射極是輸入輸出的前面的電路中，三極管的發射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。集接法。共射共射直流電流放大倍數直流電流放大倍數：BCII_工作于動態的三極管，真正的信號是疊加在工作于動態的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為直流上的交流信號。基極電流的變化量為 IB，相應的集電極電流變化為相應的集電極電流變化為 IC，則則交流電流放交流電流放大倍數大倍數為：為：BIIC1. 電流放大倍數電流放大倍數和

13、和 _ BCII_ BCII 說明：1、靜態電流放大系數和動態電流放大系數的意義、靜態電流放大系數和動態電流放大系數的意義不同，但大多數情況下近似相等，可以借用進行不同，但大多數情況下近似相等，可以借用進行定量估算。定量估算。2、晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在曲、晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在曲線的等距平直部分才有較好的線性關系，線的等距平直部分才有較好的線性關系，IC與與IB成成正比，正比，也可認為是基本恒定的。也可認為是基本恒定的。3、由于制造工藝的原因，晶體管的參數具有一定、由于制造工藝的原因，晶體管的參數具有一定的離散性，即使是同一型號的晶體管，也不可能的離散性，即使是

14、同一型號的晶體管，也不可能具有完全相同的參數。常用晶體管的具有完全相同的參數。常用晶體管的值在值在20 100之間。之間。近年來由于生產工藝的提高，近年來由于生產工藝的提高，值在值在100300之間之間的晶體管也具有很好的特性。的晶體管也具有很好的特性。53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區安全工作區ICUCEO本章小結本章小結（1）半導體導電能力取決于其內部載流子的多少，半導體有電子和空穴兩種載流子。本征半導體有熱敏特性、光敏特性、摻雜特性。在本征半導體中摻入相應的雜質，便可制成P型半導體和N

15、型半導體，它們內部都有空穴和電子兩種載流子，其中多子是由摻雜產生的，少子是由本征激發產生的。（2）PN結是構成各種半導體的基礎，它具有單向導電性。當接正向偏置時，有較大的正向電流，正向電阻較小；而接反向偏置時，反向電流很小，反向電阻很大。（3）半導體二極管的核心是一個PN結，它的特性與PN結基本相同。二極管的伏安特性是非線性的，所以是非線性器件。二極管的主要參數有最大整流電流、最高反向工作電壓和反向飽和電流。（4）穩壓二極管是一種特殊二極管，利用在反向擊穿狀態下的恒壓特性，常用它來構成簡單的穩壓電路。其他特殊二極管，如變容二極管、發光二極管、光敏二極管等均具有非線性的特點，它們均有不同于普通二

16、極管的特殊用途。（5）晶體三極管是由兩個PN結構成的半導體器件，在集電結反偏，發射結正偏的外部條件下，晶體管的基極電流對集電極電流具有控制作用，即電流放大作用。晶體三極管有三種連接方式，廣泛采用的是共發射極連接。它有三種工作狀態，即截止狀態、飽和狀態和放大狀態。三極管的三個極的電流關系是IE=IB+IC，在放大狀態時，IC=IB+ICEOIB，這表明三極管是一種電流控制型器件，具有受控特性（指IC與IB的關系）和恒流特性（指IC和UCE的關系）。一、兩種半導體和兩種載流子一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流兩種載流子的運動子的運動電子電子 自由電子自由電子空穴空穴 價電子價電子兩兩 種種半導體半

17、導體N 型型 ( (多電子多電子) )P 型型 ( (多空穴多空穴) )二極管二極管單向單向正向電阻小正向電阻小( (理想為理想為 0) )，反向電阻大反向電阻大( ( ) )。三、兩種半導體放大器件三、兩種半導體放大器件雙極型半導體三極管雙極型半導體三極管( (晶體三極管晶體三極管 BJT) )單極型半導體三極管單極型半導體三極管( (場效應管場效應管 FET) )兩種載流子導電兩種載流子導電多數載流子導電多數載流子導電晶體三極管晶體三極管1. 形式與結構形式與結構NPNPNP三區、三極、兩結三區、三極、兩結2. 特點特點基極電流控制集電極電流并實現基極電流控制集電極電流并實現放大放大放放大

18、大條條件件內因：發射區載流子濃度高、內因：發射區載流子濃度高、 基區薄、集電區面積大基區薄、集電區面積大外因：外因：發射結正偏、集電結反偏發射結正偏、集電結反偏3. 電流關系電流關系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死區電壓死區電壓( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (鍺管鍺管) )工作電壓工作電壓( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.3 V 取取 0.3 V ( (鍺管鍺管)