汽車電工電子技術(shù)項(xiàng)目五

半導(dǎo)體器件主講人：江蘇航院

王錦華單元一

半導(dǎo)體1.什么是半導(dǎo)體？

semiconductor，常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料。說在課前：半導(dǎo)體晶態(tài)半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體（鍺Ge、硅Si）化合物半導(dǎo)體（第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體）非晶態(tài)半導(dǎo)體玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等2.常用半導(dǎo)體材料有哪些？一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變

(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、

三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)

(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極

管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)二、

本征半導(dǎo)體

是指完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的本征激發(fā)空穴自由電子總結(jié)：(1)本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴數(shù)量相等。

（成對(duì)產(chǎn)生，成對(duì)消失）(2)溫度愈高，本征半導(dǎo)體中自由電子數(shù)愈多。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)

電子電流

(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流總結(jié)：

(1)電子電流和空穴電流大小相等方向相同；(2)常溫下本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,導(dǎo)電性能很差；

(2)溫度愈高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能愈好。

所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。三、摻雜半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體）

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，多于空穴數(shù)目，稱為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，多于自由電子數(shù)目，稱為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴注意：N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。四、PN結(jié)1.PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變薄，內(nèi)電場變?nèi)酢U(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場增強(qiáng)；而內(nèi)電場的存在又阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。穩(wěn)定的空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄P區(qū)接高電位N區(qū)接低電位外電場IF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–PN結(jié)變寬(2)PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）

內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP區(qū)接低電位N區(qū)接高電位PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于高阻截止?fàn)顟B(tài)。外電場–+內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－由此可見，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。硅?.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通電壓外加電壓大于死區(qū)電壓PN結(jié)才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓時(shí)，PN結(jié)被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向伏安特性曲線反向伏安特性曲線特點(diǎn)：非線性硅0.7V鍺0.3VUPNIPN死區(qū)電壓

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。3.PN結(jié)的伏安特性復(fù)習(xí)提問(1)半導(dǎo)體導(dǎo)電和金屬導(dǎo)電有什么不同之處？(2)半導(dǎo)體具有哪些導(dǎo)電特性，即半導(dǎo)體導(dǎo)電能力受

哪些因素影響？(3)P型半導(dǎo)體