半導體的基本知識

1、第一章 半導體二極管§1-1 半導體的基本知識 教學目的：1、了解半導體導電性及特點。2、初步掌握PN結的基本特性及非線性的實質(zhì)。3、熟悉二極管外形和電路符號，伏安特性和主要參數(shù)。4、了解特殊功能的二極管及應用。教學重點、難點：教學重點：1）半導體導電性及特點。2）PN結的基本特性及非線性的實質(zhì)3）二極管外形和電路符號，伏安特性和主要參數(shù)。教學難點：二極管外形和電路符號，伏安特性和主要參數(shù)一、半導體的基本概念人們按照物質(zhì)導電性能，通常將各種材料分為導體、絕緣體和半導體三大類。導電性能良好的物質(zhì)稱為導體，例如金、銀、銅、鋁等金屬材料。另一類是幾乎不導電的物質(zhì)稱為絕緣體，例如陶瓷、橡膠、

2、塑料等材料。再一類是導電性能介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體，例如硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵等都是半導體。純凈半導體也叫本征半導體，這種半導體只含有一種原子，且原子按一定規(guī)律整齊排列。如常用半導體材料硅（Si）和鍺（Ge）。在常溫下，其導電能力很弱；在環(huán)境溫度升高或有光照時，其導電能力隨之增強。常常在本征半導體中摻入雜質(zhì)，其目的不單純是為了提高半導體的導電能力，而是想通過控制雜質(zhì)摻入量的多少，來控制半導體的導電能力的強弱。在硅本征半導體中，摻入微量的五價元素(磷或砷)，就形成N型半導體。在硅本征半導體中，摻入微量的三價元素(銦或硼)，就形成P型半導體。 二、PN結及單向導電性 1、當把

3、一塊P型半導體和一塊N型半導體用特殊工藝緊密結合時，在二者的交界面上會形成一個具有特殊現(xiàn)象的薄層，這個薄層被稱為PN結。2、PN結的單向導電性1）PN結加正向電壓正向導通正極接區(qū)，負極接區(qū)，稱“正向偏置”或正偏。）PN結加反向電壓反向截止電源負極接區(qū)，正極接區(qū)，稱“反向電壓”或反偏。結加正向電壓導通，加反向電壓截止，即結的單向導電性§1- 半導體二極管一、二極管的結構、符號和分類1. 二極管的結構、符號晶體二極管是由一個PN結構成的，從P區(qū)引出的電極為二極管正極， N區(qū)引出的電極為二極管負極，用管殼封裝起來即成二極管。二極管的符號用表示、二極管的分類講述書本上的表二極管的命名方法由五

4、部分組成，見書本講解我國半導體器件的型號是按照它的材料、性能、類別來命名的，一般半導體器件的型號由五部分組成。第一部分用阿拉伯數(shù)字表示器件的電極數(shù)目；第二部分用漢語拼音字母表示器件的材料和極性；第三部分用漢語拼音字母表示器件的類型；第四部分用阿拉伯數(shù)字表示器件序號；第五部分用漢語拼音字母表示規(guī)格號。二、二極管的伏安特性(1) 正向特性（圖中OAB段） 當二極管兩端所加的正向電壓由零開始增大時，在正向電壓比較小的范圍內(nèi)，正向電流很小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如圖中OA段，通常把這個范圍稱為死區(qū)，相應的電壓叫死區(qū)電壓。硅二極管的死區(qū)電壓為0.5V左右，鍺二極管的死區(qū)電壓約為0.10.2V。 外加電壓

5、超過死區(qū)電壓以后，二極管呈現(xiàn)很小的電阻，正向電流ID迅速增加，這時二極管處于正向導通狀態(tài)，如圖中AB段為導通區(qū)，此時管子兩端電壓降變化不大，該電壓值稱為正向壓降(或管壓降)，常溫下硅管約為0.60.7V，鍺管約為0.20.3V。 (2) 反向特性 （圖中OCD段） 當給二極管加反向電壓時，所形成的反向電流是很小的，而且在很大范圍內(nèi)基本不隨反向電壓的變化而變化，即保持恒定。如曲線OC段稱為反向截止區(qū)，此處的IR稱為反向飽和電流。 當反向電壓大到一定數(shù)值UBR時，反向電流會急劇增大，如圖中CD段，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，相應的電壓叫反向擊穿電壓。正常使用二極管時（穩(wěn)壓二極管除外），是不允許出現(xiàn)這種現(xiàn)

6、象的，因為擊穿后電流過大將會使管子損壞。三、二極管的主要參數(shù)選擇二極管時主要考慮以下三個參數(shù)；最大整流電流、最高反向工作電壓、反向電流。1、最大整流電流IFM是二極管允許通過的最大正向工作電流的平均值。如實際工作時的正向電流平均值超過此值，二極管內(nèi)的PN結可能會過分發(fā)熱而損壞。2、最高反向工作電壓URM是二極管允許承受的反向工作電壓的峰值。為了留有余量，通常標定的最高反向工作電壓是反向擊穿電壓的一半或三分之一。3、反向漏電流IR是在規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下測得的二極管反向電流值。這個電流值越小，二極管單向導電性能越好。硅是非金屬，其反向漏電流較小，在納安數(shù)量級，而鍺是金屬，其反向漏電流較大，

7、在微安數(shù)量級。講述書上例題四、二極管的識別與檢測、識別可根據(jù)其外部標志來識別管腳極性、二極管的檢測用指針式萬用表判別二極管的極性和好壞。如圖5.5所示，將萬用表拔至電阻檔的R×100或R×1K檔。此時，萬用表的紅表筆接的是表內(nèi)電池的負極，黑表筆接的是表內(nèi)電池的正極。具體的測量方法是：將萬用表的紅、黑筆分別接在二極管的兩端，測量此時的電阻值。正常時，圖（a）測得的正向電阻比較?。◣譑以下）；圖（b）測得的反向電阻比較大（幾百K）。測得電阻值小的那一次，黑表筆接的是二極管的正極。如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至于為零，表明管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很

8、大，則表明管子內(nèi)部已斷路。五、其他二極管1. 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管(簡稱LED)的PN結工作在正向偏置狀態(tài)。它是利用電信號變成光信號的一種半導體器件，它具有功耗低、體積小、工作可靠等特點。2. 光敏二極管光敏二極管又稱光電二極管，其PN結工作在反向偏置狀態(tài)。目前使用最多的是硅（Si）光電二極管。3、變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的特性曲線及符號工作原理應用變?nèi)荻O管的結電容主要由耗盡層引起。耗盡層內(nèi)無載流子，相當于平行板電容器兩個極板間的介質(zhì)，當PN結的面積一定時，結電容Cj與耗盡層的寬度成反比；當外加反向電壓減小時，耗盡層變窄，Cj增大，反之,Cj減小。所以，變?nèi)荻O管相當于用電

9、壓來控制容量的可變電容，即壓控電容。課堂小結：1. 半導體中有兩種載流子：電子和空穴。半導體的導電性是靠本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對來實現(xiàn)的。常溫下導電性很弱，但是它具有熱敏特性、光照特性和摻雜特性，因而被廣泛應用。2. 雜質(zhì)半導體有兩類：N型半導體和P型半導體，N型半導體中電子是多數(shù)載流子，空穴是少子；P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，電子是少子。PN結的基本特性是單向導電性。3. 二極管是由一個PN結組成，所以具有單向導電性。二極管的伏安特性是非線性的，故稱它是非線性器件。二極管的門坎電壓（也稱死區(qū)電壓），硅管約0.5V，鍺管約0.2V；正向壓降硅管約0.7V，鍺管約0.3V。4. 特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二