第7章 半導(dǎo)體器件

1、（第四版）（第四版）2半導(dǎo)體器件第7章主要主要內(nèi)容內(nèi)容3【案例】 電源指示燈電路第7章1.電路及工作過程電路及工作過程LEDLED2003VS SR是限流保護(hù)電阻，當(dāng)電源正常時(shí)，有電流流過發(fā)光是限流保護(hù)電阻，當(dāng)電源正常時(shí)，有電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光，指示電源接通或電源電路二極管，發(fā)光二極管發(fā)光，指示電源接通或電源電路正常。正常。 42.電路元器件電路元器件電阻電阻200200一個(gè)一個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)開關(guān)一個(gè)開關(guān)一個(gè)直流電源直流電源3V3V、萬能版一塊、連接導(dǎo)線若干、萬能版一塊、連接導(dǎo)線若干【案例】 電源指示燈電路第7章53.案例實(shí)施案例實(shí)施認(rèn)真檢查元器件，確保元件完好。認(rèn)

2、真檢查元器件，確保元件完好。對(duì)照電路，檢查無誤后，接上對(duì)照電路，檢查無誤后，接上3V3V電源。若發(fā)光二極管不發(fā)光，應(yīng)查找故障，直至正常為止。電源。若發(fā)光二極管不發(fā)光，應(yīng)查找故障，直至正常為止。自己設(shè)計(jì)電路安裝圖，在萬能版上安裝元器件，并焊接。自己設(shè)計(jì)電路安裝圖，在萬能版上安裝元器件，并焊接。注意發(fā)光二極管的極性是否正確。注意發(fā)光二極管的極性是否正確?！景咐?電源指示燈電路第7章64.案例思考案例思考？若是交流若是交流220V交流電源的指示燈電路，應(yīng)注意什么？交流電源的指示燈電路，應(yīng)注意什么？ 【案例】 電源指示燈電路第7章77.1.1 7.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣

3、體之間的物質(zhì)稱為導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 純凈的半導(dǎo)體稱為純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。常用的本征半導(dǎo)體是硅和鍺二晶體。常用的本征半導(dǎo)體是硅和鍺二晶體。7.1 半導(dǎo)體二極管第7章44444444444444空穴空穴自由電子自由電子共價(jià)健共價(jià)健8 半導(dǎo)體中電子的數(shù)目增加，這種半導(dǎo)體導(dǎo)電主要半導(dǎo)體中電子的數(shù)目增加，這種半導(dǎo)體導(dǎo)電主要靠電子，所以稱為靠電子，所以稱為，又，又稱稱 。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。載流子。 1.N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體44444444454444自由電子自由電子7.1 半導(dǎo)體二極管第7章7

4、.1.2 7.1.2 9半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目增加，這種半導(dǎo)體導(dǎo)電主半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目增加，這種半導(dǎo)體導(dǎo)電主要靠空穴，因此稱為要靠空穴，因此稱為，又稱，又稱。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。載流子。44444444434444空穴空穴7.1 半導(dǎo)體二極管第7章 1.P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體10通過一定的工通過一定的工藝，使一塊藝，使一塊P P型半導(dǎo)體和一型半導(dǎo)體和一塊塊N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)結(jié)合在一起時(shí)，在他們的交，在他們的交界處會(huì)形成一界處會(huì)形成一個(gè)特殊區(qū)域，個(gè)特殊區(qū)域，稱為稱為PNPN結(jié)。結(jié)。1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成7.1 半導(dǎo)體二極管第7章P

5、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用動(dòng)起阻礙作用有助于少數(shù)載流子的有助于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到11PNPN結(jié)加上正向電壓結(jié)加上正向電壓空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)正向電流大正向電流大外電場(chǎng)外電場(chǎng)2.PN結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦訮 PN N+ + + +- - - -7.1 半導(dǎo)體二極管第7章12反向電流小反向電流小PNPN結(jié)加上反向電壓結(jié)加上反向電壓空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)P PN N+ + + +- - - -+

6、+ + + + + +- - - - - - -7.1 半導(dǎo)體二極管第7章PN PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN PN 結(jié)加結(jié)加時(shí)時(shí) 電路中有電路中有流過流過 PN PN 結(jié)結(jié)PN PN 結(jié)加結(jié)加時(shí)時(shí) 電路中電路中 PN PN 結(jié)結(jié)。PN PN 結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦?3按材料不同分按材料不同分面接觸型面接觸型鍺二極管鍺二極管 按結(jié)構(gòu)不同分按結(jié)構(gòu)不同分硅二極管硅二極管 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型1.1.結(jié)構(gòu)與類型結(jié)構(gòu)與類型陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極 VD 陰極陰極PN陽(yáng)極陽(yáng)極外殼外殼PN結(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)外形及符號(hào)結(jié)構(gòu)外形及符號(hào)7.1 半導(dǎo)體二極管第7章14導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: 硅管硅管0.6-0.7V,鍺管

7、鍺管0.2-0.3V。反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓死區(qū)電壓: :硅管硅管0.5V,鍺鍺管管0.1V。反向飽和電流反向飽和電流U/V 鍺鍺 管管正向特性正向特性10 硅管硅管I/mAO 20 4030201020死區(qū)電壓死區(qū)電壓A0.51.01.5反向特性反向特性2.2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性7.1 半導(dǎo)體二極管第7章15（1）最大整流電流）最大整流電流IFM（2）最大反向工作電壓）最大反向工作電壓URM（3）最大反向電流）最大反向電流IRM（4）最高工作頻率）最高工作頻率fM3.二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)7.1 半導(dǎo)體二極管第7章161.硅穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管陽(yáng)

8、極陽(yáng)極陰極陰極 VDZIZIZIZmA AB BUZUZ2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管3.光電二極管光電二極管U/V0.40.821046812I/mA 5 15 20 10O3020107.1 半導(dǎo)體二極管第7章7.1.5177.2.1 7.2.1 三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)PNPNPNB C E 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 基區(qū)基區(qū)發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基極基極B C E C 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 基區(qū)基區(qū)發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基極基極B C E CB B C E7.2 半導(dǎo)體三極管第7章18B BE EC CN NN NP P基極基極發(fā)射極發(fā)

9、射極集電極集電極集電區(qū)尺寸比集電區(qū)尺寸比發(fā)射區(qū)大發(fā)射區(qū)大基區(qū)很薄，雜基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度最低質(zhì)濃度最低發(fā)射區(qū)雜發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高質(zhì)濃度高常見外形常見外形7.2 半導(dǎo)體三極管第7章7.2.1 7.2.1 三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)19 以以NPN型三極管為例，要使三極管具有電流放大作用，型三極管為例，要使三極管具有電流放大作用， 。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子（2）電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合）電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合（3）電子被集電極收集）電子被集電極收集三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的過程三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的過程7.2.2 7.2.2 三極管的放大原理三極管的放大原理7.2 半

10、導(dǎo)體三極管第7章20I IB B I IC CI IE E發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流I IE E。擴(kuò)散到基區(qū)的電子只有少部分與基擴(kuò)散到基區(qū)的電子只有少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流I IB B，其余擴(kuò)，其余擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。散到集電結(jié)邊緣。集電結(jié)反偏，從基區(qū)集電結(jié)反偏，從基區(qū)擴(kuò)散來的電子漂移過擴(kuò)散來的電子漂移過集電結(jié)被集電結(jié)收集，集電結(jié)被集電結(jié)收集，形成形成I IC C。RB RCUCC7.2 半導(dǎo)體三極管第7章21BI)(BEUf常數(shù)CEURCRBIC UCE A mA V V UEBIBUB

11、E UCC 1.輸入特性輸入特性7.2 半導(dǎo)體三極管第7章UBE/VIB/mA1.0O0.020.040.060.080.100.20.60.40.820UCE=0V UCE1V22UCE/V105截止區(qū)截止區(qū)IC/mA OIB=0放放大大區(qū)區(qū) 5 1020（A）408060100120飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏，偏，IB=0 。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置，IC= IB。飽和區(qū)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)正飽和區(qū)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)正偏，飽和壓降硅管偏，飽和壓降硅管UCES 0.3V。7.2 半導(dǎo)體三極管第7章2.2.

12、輸出特性輸出特性CI)(CEUf常數(shù)BI23（1 1）直流電流放大系數(shù)（）直流電流放大系數(shù)（2 2）交流電流放大系數(shù)）交流電流放大系數(shù)（1 1）集電極和基極之間的反向飽和電流）集電極和基極之間的反向飽和電流I ICBOCBO（2 2）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流I ICEOCEO（1 1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流I ICMCM （2 2）集電極最大允許耗散功率）集電極最大允許耗散功率P PCMCM （3 3）極間反向擊穿電壓）極間反向擊穿電壓 7.2 半導(dǎo)體三極管第7章247.3.1 N7.3.1 N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)

13、構(gòu)漏極漏極柵極柵極 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 源極源極SGDP型硅襯底型硅襯底NN耗盡型耗盡型 SGDP型硅襯底型硅襯底NN增強(qiáng)型和耗盡型的區(qū)別在于是否有原始導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型和耗盡型的區(qū)別在于是否有原始導(dǎo)電溝道。 7.3 場(chǎng)效應(yīng)管第7章D GSDGS25UGSSGDP型硅襯底型硅襯底NNN溝道溝道UDSID7.3 場(chǎng)效應(yīng)管第7章7.3.2 N7.3.2 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理261.漏極特性漏極特性增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性是指增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性是指UGS為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，ID隨隨UDS的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 截止區(qū)截止區(qū) 可可變變電電阻阻區(qū)區(qū) 放大區(qū)放

14、大區(qū) UDS/VID/mA4V3VOUGS=1V2V2.轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指U UDSDS 為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，I ID D隨隨U UGSGS的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 ID/mAUGS/VOUDS=常數(shù)常數(shù)UT 無溝道無溝道 有溝道有溝道7.3.3 N7.3.3 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線7.3 場(chǎng)效應(yīng)管第7章27UDS/VID/mA2131212O2468101282641014UGS=0飽和漏極飽和漏極電流電流漏極特性漏極特性 7.3.4 N7.3.4 N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管7.3 場(chǎng)效應(yīng)管第7章轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性ID/mAUGS/VO2468101324UDS=10VIDSS321UP夾段電壓夾段電壓ID隨隨UGS的的增大而增大增大而增大 ID隨隨UGS的減小的減小而減小而減小28（1）開啟電壓）開啟電壓 （2）夾斷電壓）夾斷電壓 （3）跨導(dǎo)）跨導(dǎo) （4）極限參數(shù)）極限參數(shù)時(shí)除了不能超過極限參數(shù)處，還要特別注意管子?xùn)艠O開路時(shí)可能出現(xiàn)柵極感應(yīng)電壓過高時(shí)除了不能超過極限參數(shù)處，還要特別注意管子?xùn)艠O開路時(shí)可能出現(xiàn)柵極感應(yīng)電壓過高而造成絕緣層擊穿問題，為避免這種情況，而造成絕緣層擊穿問題，為避免這種情況，保存時(shí)保存時(shí)必須將三個(gè)電極短接；必須