第7章 半導(dǎo)體器件

電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）半導(dǎo)體器件第7章主要內(nèi)容案例電源指示燈電路7.1半導(dǎo)體二極管7.2半導(dǎo)體三極管7.3場(chǎng)效應(yīng)管【案例】電源指示燈電路第7章1.電路及工作過(guò)程LED200Ω3V＋－SR是限流保護(hù)電阻，當(dāng)電源正常時(shí)，有電流流過(guò)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正常。2.電路元器件電阻200Ω一個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)開關(guān)一個(gè)直流電源3V、萬(wàn)能版一塊、連接導(dǎo)線若干【案例】電源指示燈電路第7章3.案例實(shí)施認(rèn)真檢查元器件，確保元件完好。對(duì)照電路，檢查無(wú)誤后，接上3V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(wàn)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?！景咐侩娫粗甘緹綦娐返?章4.案例思考？若是交流220V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7.1.1本征半導(dǎo)體導(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。純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)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＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4空穴自由電子共價(jià)健載流子復(fù)合本征激發(fā)電子電流空穴電流半導(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，所以稱為電子型半導(dǎo)體，又稱N型半導(dǎo)體。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。

1.N型半導(dǎo)體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋5＋4＋4＋4＋4自由電子7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(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，因此稱為空穴型半導(dǎo)體，又稱P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋3＋4＋4＋4＋4空穴7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

1.P型半導(dǎo)體通過(guò)一定的工藝，使一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在他們的交界處會(huì)形成一個(gè)特殊區(qū)域，稱為PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)

漂移擴(kuò)散空間電荷區(qū)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用有助于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡PN結(jié)加上正向電壓空間電荷區(qū)變窄內(nèi)電場(chǎng)正向電流大外電場(chǎng)2.PN結(jié)單向?qū)щ娦訮N+++---7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦苑聪螂娏餍N結(jié)加上反向電壓空間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)PN+++---++++++------7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)加正向電壓時(shí)電路中有較大電流流過(guò)PN結(jié)導(dǎo)通PN結(jié)加反向電壓時(shí)電路中電流很小PN結(jié)截止。PN結(jié)單向?qū)щ娦园床牧喜煌址诸惷娼佑|型鍺二極管按結(jié)構(gòu)不同分硅二極管點(diǎn)接觸型1.結(jié)構(gòu)與類型陽(yáng)極陰極

VD陰極PN陽(yáng)極外殼PN結(jié)結(jié)構(gòu)外形及符號(hào)7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.4半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通壓降:硅管0.6-0.7V,鍺管0.2-0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓:硅管0.5V,鍺管0.1V。反向飽和電流U/V鍺管正向特性10硅管I/mAO

20

4030201020死區(qū)電壓μA0.51.01.5反向特性2.二極管的伏安特性7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.4半導(dǎo)體二極管（1）最大整流電流IFM（2）最大反向工作電壓URM（3）最大反向電流IRM（4）最高工作頻率fM3.二極管的主要參數(shù)7.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.4半導(dǎo)體二極管1.硅穩(wěn)壓二極管陽(yáng)極陰極VDZIZ△IZIZmAB△UZUZ2.發(fā)光二極管3.光電二極管U/V0.40.8－2－10－4－6－8－12I/mA

5

15

20

10O3020107.1半導(dǎo)體二極管第7章7.1.5

特殊二極管7.2.1三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)發(fā)射結(jié)集電結(jié)PNPNPNB

C

E集電區(qū)發(fā)射區(qū)

基區(qū)發(fā)射極集電極基極B

C

E

C

集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)發(fā)射極集電極基極B

C

E

CB

C

E7.2半導(dǎo)體三極管第7章BECNNP基極發(fā)射極集電極集電區(qū)尺寸比發(fā)射區(qū)大基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度最低發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高常見外形7.2半導(dǎo)體三極管第7章7.2.1三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)以NPN型三極管為例，要使三極管具有電流放大作用，發(fā)射結(jié)要正向偏置，集電結(jié)要反向偏置。（1）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（3）電子被集電極收集三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程7.2.2三極管的放大原理7.2半導(dǎo)體三極管第7章IB

ICIE發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。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IB，其余擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。集電結(jié)反偏，從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子漂移過(guò)集電結(jié)被集電結(jié)收集，形成IC。RB

RCUCC7.2.2三極管的放大原理7.2半導(dǎo)體三極管第7章RCRBIC＋－UCE＋－

μA

mA

V

V

UEBIBUBE

UCC

1.輸入特性7.2.3三極管的特性曲線7.2半導(dǎo)體三極管第7章UBE/VIB/mA1.0O0.020.040.060.080.100.20.60.40.820℃UCE=0VUCE≥1VUCE/V105截止區(qū)IC/mAOIB=0放大區(qū)51020（μA）408060100120飽和區(qū)截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏，IB=0。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，IC=IB。飽和區(qū)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)正偏，飽和壓降硅管UCES0.3V。7.2.3三極管的特性曲線7.2半導(dǎo)體三極管第7章2.輸出特性1.電流放大系數(shù)（1）直流電流放大系數(shù)（2）交流電流放大系數(shù)2.極間反向電流（1）集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO（2）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流ICEO3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM

（2）集電極最大允許耗散功率PCM

（3）極間反向擊穿電壓7.2.4三極管的主要參數(shù)7.2半導(dǎo)體三極管第7章7.3.1N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

漏極柵極

增強(qiáng)型

源極SGDP型硅襯底N＋N＋耗盡型SGDP型硅襯底N＋N＋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

GSDGSUGSSGDP型硅襯底N＋N＋N溝道UDSID7.3場(chǎng)效應(yīng)管第7章7.3.2N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

1.漏極特性增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性是指UGS為常數(shù)時(shí)，ID隨UDS的變化關(guān)系。截止區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)UDS/VID/mA4V3VOUGS=1V2V2.轉(zhuǎn)移特性增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指UDS

為常數(shù)時(shí)，ID隨UGS的變化關(guān)系。ID/mAUGS/VOUDS=常數(shù)UT無(wú)溝道有溝道7.3.3N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UDS/VID/mA213－1－212O2468101282641014UGS=0飽和漏極電流漏極特性7.3.4N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ID/mAUGS/VO2468101324UDS=10VIDSS－3－2－1UP夾段電壓ID隨UGS的增大而增大ID隨UGS的減小而減?。?）開啟電壓（2）夾斷電壓（3）跨導(dǎo)（4）極限參數(shù)使用時(shí)除了不能超過(guò)極限參數(shù)處，還要特別