第一章半导体器件基础Word文件下载.docx
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同时，又由于正负电荷相吸引，自由电子和空穴复合。
在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生和复合最终达到一种热平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度保持一定。
二、杂质半导体
1、N型半导体（Negative）
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体（或称电子型半导体）。
本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。
杂质原子
最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
自由电子浓度远大于空穴的浓度，所以电子称为多数载流子（简称多子），空穴称为少数
载流子（简称少子），5价杂质原子称为施主原子。
2、P型半导体（Positive
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、傢、铟等。
杂质原子代替了晶格中的某些硅原子，它的三个价电子和相邻的四个硅原子组成共价键时，只有三个共价键是完整的，于是自然会出现空穴。
P型半导体中，空穴浓度多于电子浓度，空穴为多数载流子，电子为少数载流子，3价杂质原子称为受主原子3、说明：
a、掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；
温度决定少数载流子的浓度。
b、杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善
c、杂质半导体的表示方法如下图所示。
（a）N型芋导体
三、PN
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。
1、PN结中载流子的运动
P区一侧多子是空穴，N区一侧多子是自由电子，所以在它们的交界面处存在空穴和电子的浓度差，由此而引起的多数载流子的运动，称为扩散运动。
实际上，N区中的自由电子向P区移动，这样在P区和N区分别留下了不能移动的受主负离子和施主正离子。
结果再界面的两侧形成了由正负离子组成的空间电荷区，同时产生一个内电场
2、扩散与漂移的动态平衡
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在内电场的作用下少数载流子的运动称为漂移运动。
随着扩散运动的不断增强，界面两侧显露的正、负离子逐渐增多，空间电荷区展宽，内电场不断增强，漂移运动随之增强。
当扩散力被电场力抵消时，扩散和漂移运动达到动态平衡，
通过界面的净载流子数为零。
平衡时，空间电荷区的宽度一定，由于空间电荷区没有载流子，所以空间电荷区又称耗尽区（层）。
又因为内电场对扩散有阻挡作用，所以又称空间电荷区为阻挡区或势垒区
3、PN结的单向导电性
PN结外加正向电压时处于导通状态，又称正向偏置，简称正偏。
在PN结加上一个很
小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。
PN结外加反向电压时处于截止状态（反偏）。
反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽，不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I。
由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常
小。
4、PN结的电流方程
PN结所加端电压u与流过的电流i的关系为：
i二ls（e%T-1）
Is：
反向饱和电流UT:
温度的电压当量
5、PN结的伏安特性：
i=f（u）之间的关系曲线
t/mA
u■■■■■■
60
40
20
-25
正向特性
丄（BR）Qt0Q4
死区电压
反向特性
（1）、正向特性：
正向电压只有超过某一数值时，才有明显的正向电流。
这一电压称为导通电压或死区电压，用
Uon
（2）、反向特性：
二极管加反向电压会产生反向电流
Is。
当反向电压太大，电流会突然增加，这一现象称为
极管的反向击穿
6、PN结的电容效应
当PN结上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
电容效应包括两部分：
势垒电容和扩散电容。
1势垒电容Cb
势垒电容是由PN结的空间电荷区变化形成的，其大小可用下式表示:
c/「S
dUl
；
:
半导体材料的介电比系数；
S:
结面积；
l:
耗尽层宽度。
由于PN结的宽度I随外加电压u而变化，因此势垒电容不是一个常数
如图示。
2、扩散电容Cd
扩散电容是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。
在某个正向电压下，P区中的电子浓度np分布曲线如图中曲线1所示当电压加大，np会升高，如曲线2所示。
正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程。
当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。
Cb=f（U）曲线
Ox
PN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩散电容Cd两部分。
一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为CjCd;
当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为Cj”Cb。
Cb和Cd值都很小，通常为几个皮法至几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。
在信号频率较咼时，须考虑结电容的作用。
第二节半导体二极管
正极引钱
钳合金小球
负极引线
引线卿
、二极管的结构和符号
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管，二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型。
（1）、点接触型二极管：
PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。
外壳N型错片
（2）、面接触型二极管：
PN结面积大，用于工频大电流整流电路。
（3）、平面型二极管：
往往用于集成电路制造工艺中。
PN结面积可
大可小，用于高频整流和开关电路中
（4）、二极管的代表符号
PK6詡————kpfl®
二、二极管的伏安特性和主要参数
1、二极管的伏安特性与温度的影响
二极管的伏安特性与PN结的伏安特性相同，温度对二极管的影响如图。
正向电流主要是扩散电流，温度对它的影响不大。
温度升高时，特性曲线向左稍稍移动；
二极管截止时，反向的漏电流主要是少子漂移电流，与温度关系较大，温度升高时，曲线向下移动
2、二极管的主要参数
（1）、最大整流电流If：
它是二极管允许通过的最大正向平均电流，此值取决于PN结
的面积、材料和散热等情况。
（2）、反向击穿电压Ubr和最高反向工作电压Urm:
二极管允许的最大反向电压，通常取
URM
（3）
U
、反向电流Ir:
二极管未击穿时的反向电流值，此值越小，说明二极管的单向导电性越好
（4）、最高工作频率fM:
它与PN结的电容有关，结电容越大，则允许的最高工作频率越低。
三、二极管等效电路
1、二极管模型
（1）、理想二极管模型：
其主要特点是：
二极管一旦正偏就导通，电压为零，而流过二极管的正向电流由与之相连的外电路决定。
二级管反偏时，反向电流为零。
（2）、恒压源模型
二极管导通时，二极管上的电压为Uon，流过二极管的导通电流由与之相连的外电路决定。
（3）、折线化模型
二极管正偏导通后，二极管电压电流呈现线性关系，斜率为丸，反偏电
流为零。
rd为微变电阻。
二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微
变电阻。
四、稳压管
利用二极管反向击穿特性实现稳压。
稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压。
（1）稳定电压UZ
在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。
动态电阻rZ
最大耗散功率PZM
最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin
第三节晶体三极管
双极型晶体管（BipolarJunctionTransistO又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶
体管。
三极管有两种类型:
NPN型和PNP型。
下面主要以
NPN型为例进行讨论
一、晶体管的结构及类型
1晶体管的结构及符号如图所示
图中，箭头总在发射极上，总是由P指向N;
箭头的方向就是晶体管工作时实际电流的方向。
2、晶体管电流放大作用的结构要求
内部结构要求：
（1）、发射区高掺杂。
p基区
*集电区
（2）、基区做得很薄。
通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。
（3）、集电结面积大。
外部条件：
外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向
偏置状态。
⑹平面墾（NPX）
、晶体管内部载流子的运动1发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流
发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区，形成发射极电流Ie（基
区多子数目较少，空穴电流lEp可忽略）。
2、扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动，形成基极电流
电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流iBn，复合掉的空穴由Vbb
补充。
多数电子在基区继续扩散，至V达集电结的一侧。
3、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流lc
集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流lCn，
其能量来自外接电源Vcc。
另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流Icb。
、晶体管的电流分配关系
1C=1Cn'
1CBO
1B-1Ep1Bn~'
1E-1Ep'
1Bn'
1Cn
1E-1B1C
当晶体管中加入交流电时：
ic=
iE=（1Jb
其中［为电流放大系数，它与晶体管的内部工艺结构密切相关；
iC是某一时刻集电极总电流，它可以分解成不变的直流分量Ic和随时间变化的交流分量ic
四、晶体管的共射特性曲线
1输入特性曲线
晶体管的输入特性曲线是当Uce为常量时，晶体管基极电流iB与基极和发射极之间电压Ube的关系:
订=f（UBE）luCE=常量
（1）、当Uce=0时，Ubc=Ube，此时晶体管中两个PN结（发射结和集电结）都正偏，相当于两个并接在一起的二极管。
（2）、当UceH1V，且Ucb=Uce-Ube>
0时，发射结正偏，集电极反偏，集电区开始收集电子，基区复合减少。
输入特性曲线与Uce=0时的曲线相比，有所右移，且不同Uce的曲线基本重合。
并射杈放大电路
巾/卩直
2、输出特性曲线
输出特性曲线是在基极电流iB
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