【正文】 復(fù)合最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。但是，由于多子的數(shù)量遠(yuǎn)大于少子的 數(shù)量，因此起 主要導(dǎo)電作用 的是 多數(shù)載流子 。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)上的區(qū)別： 金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電；而半導(dǎo)體中 則是由本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空穴 兩種 載流子 同時(shí)參與導(dǎo)電 。 + + Si(硅原子 ) Ge(鍺原子 ) 硅原子和鍺原子的簡(jiǎn)化模型圖 Si +4 Ge +4 因?yàn)樵映孰娭行裕院?jiǎn)化模型圖中的原子核只用帶圈的 +4符號(hào)表示即可。 正電荷 負(fù)電荷 = 原子結(jié)構(gòu)中： 原子核 ＋ 原子核中有質(zhì)子和中子， 其中質(zhì)子 帶正電 ，中子不帶 電。 常用的絕緣體材料有橡膠、云母、陶瓷等。但價(jià)電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。因此 自由電子是這種半導(dǎo)體的 導(dǎo)電主流 。最后，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即 PN結(jié)形成 。但當(dāng)電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱為 PN結(jié) 反向擊穿 。 二極管是電子技術(shù)中最基 本的半導(dǎo)體器件之一。 反向電流有 兩個(gè)特點(diǎn) ：一是它隨溫度的上升增長(zhǎng)很快，二是 在反向電壓不超過(guò)某一范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而 與反向電壓的高低無(wú)關(guān) (與少子的數(shù)量有限 )。試分析電路的輸出 電壓為多少。發(fā)光二極管一般使用砷化鎵、磷化鎵等材料制成。如果只有一種載流子參與導(dǎo)電，即為 單極型 。例如， IB由 40 μA增加到 50μA時(shí)， IC將從 4mA，即： 8010)4050( 10)( 63BC ???????????II? 顯然，雙極型三極管具有電流放大能力。 UCE / V IC /mA 0 IB IB1 IB2 IB3 IB=0 如此不斷重復(fù)上述過(guò)程，我們即可得到不同基極電流 IB對(duì)應(yīng)相應(yīng) IC、 UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。 放 大 區(qū) 晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)， 發(fā)射結(jié)正 偏，集電結(jié)反偏 。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 用萬(wàn)用表測(cè)試三極管好壞及極性的方法 用指針式萬(wàn)用表檢測(cè)三極管的 基極 和 管型 ： 指針不動(dòng)，說(shuō)明管子反偏截止，因此為 NPN型。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 MOS管的基本結(jié)構(gòu) N+ N+ 以 P型硅為襯底 B D G S 二氧化硅 (SiO2)絕緣保護(hù)層 兩端擴(kuò)散出兩個(gè)高濃度的 N區(qū) N區(qū)與 P型襯底之間形成兩個(gè) PN結(jié) 由襯底引出電極 B 由高濃度的 N區(qū)引出的源極 S 由另一高濃度 N區(qū)引出的漏極 D 由二氧化硅層表面直接引出柵極 G 雜質(zhì)濃度較低，電阻率較高。 導(dǎo)電溝道加厚 產(chǎn)生漏極電流 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 ID + － + － N+ N+ P型硅襯底 B D G S UDS UGS 如果繼續(xù)增大 UDS，使UGDUT時(shí)，溝道夾斷區(qū)延長(zhǎng)， ID達(dá)到最大且恒定，管子將從放大區(qū)跳出而進(jìn)入飽和區(qū)。 3. 場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而雙極型晶體管則是既利用多子，又利用少子。 晶體管的輸入電阻 rbe一般在幾百歐～千歐左右，相對(duì)較低；而MOS管絕緣層的輸入電阻極高，一般認(rèn)為柵極電流為零。特別是焊接絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，最 好斷電后再焊接。 + － + － N+ N+ P型硅襯底 B D G S UDS=0 UGS 電場(chǎng)力 排斥空穴 二氧化硅層在 UGS作用下被充 電而產(chǎn)生電場(chǎng) 形成耗盡層 出現(xiàn)反型層 形成 導(dǎo)電溝道 電場(chǎng)吸引電子 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 導(dǎo)電溝道形成時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源間電壓 UGS=UT稱為 開(kāi)啟電壓 。 NPN硅管，飽和區(qū) NPN硅管，放大區(qū) NPN硅管，截止區(qū) PNP鍺管，放大區(qū) PNP鍺管，截止區(qū) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 單極型三極管 雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大電流的 電流控制型 器件，因工作時(shí)兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電而稱之 為雙極型。 正向?qū)娮韬苄?。此時(shí)集電極電流 IC與基極電流 IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對(duì) IC的影響很小。 UCE UBB UCC RC + + RB IC IB UBE mA ?A IE 根據(jù)記錄可給出 IC隨 UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的 輸出特性 曲線。 2. 電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程 集電結(jié)由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣 的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流 IC。試問(wèn)圖中開(kāi)關(guān) S在什么位置時(shí)發(fā)光二極管才能發(fā)光？ R的取值范圍又是多少？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 N N P 雙極型三極管 三極管是組成各種電子電路的核心器件。穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū)。 UD=0 UD=∞ 正向?qū)〞r(shí)相當(dāng) 一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān) + － + － + － D + － D + － + － D P N + － 反向阻斷時(shí)相當(dāng) 一個(gè)打開(kāi)的開(kāi)關(guān) + － D P N (1)二極管的 開(kāi)關(guān)作用 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 (2)二極管的 整流 作用 將交流電變成單方向脈動(dòng)直流電的過(guò)程稱為 整流 。 反向 擊穿區(qū) 反向截止區(qū) 內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 若 PN結(jié)兩端加的反向電壓過(guò)高，反向電流將急劇增長(zhǎng)， 造成 PN結(jié)上熱量的不斷積累，從而引起結(jié)溫持續(xù)升高，當(dāng) 這個(gè)溫度超過(guò) PN結(jié)的最大允許結(jié)溫時(shí)， PN結(jié)就會(huì)發(fā)生 熱擊 穿 ，熱擊穿將使 PN結(jié)永久損壞。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜濃度，所以說(shuō)多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。 P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否意味著帶正電 ？ 自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是否由自由電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)形成的？ 何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子 ？ N型半導(dǎo)體中的多子是什么？少子是什么？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 5. PN結(jié)及其形成過(guò)程 PN結(jié)的形成 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然比本征半導(dǎo)體極大增強(qiáng)，但它 們并不能稱為半導(dǎo)體器件。 半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運(yùn)動(dòng)總是 共存 的，且在 一定溫度下達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡 。 本征 半導(dǎo)體原子核最外層的價(jià)電子都是 4個(gè)，稱為四價(jià)元 素，它們排列成非常整齊的晶格結(jié)構(gòu)。因此，導(dǎo)體在常溫下存在大量的自由電子，具有良好的導(dǎo)電能力。常用的導(dǎo)電材料有銀、銅、鋁、金等。在本征半導(dǎo)體的晶格 結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子均與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，即與相鄰四 個(gè)原子的價(jià)電子兩兩組成電子對(duì)，構(gòu)成 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù) 量極少導(dǎo)電能力仍然很低。在電子技術(shù)中， PN結(jié)是一切半導(dǎo) 體器件的“ 元概念 ”和技術(shù)起始點(diǎn)。 4. PN結(jié)的 單向?qū)щ娦?是指： PN結(jié)正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的 電阻很小幾乎為零 ，因此多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極易通過(guò) PN結(jié)； PN結(jié)反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的 電阻趨近于無(wú)窮大 ，因此電流無(wú)法通過(guò)被阻斷。 熱擊穿的過(guò)程是不可逆的，應(yīng)當(dāng)盡量避免發(fā)生。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 正向?qū)▍^(qū)和反向截止區(qū)的討論 U(V) 0 50 25 I (mA) 20 40 60 (?A) 40 20 死區(qū) 正向 導(dǎo)通區(qū) 反向 截止區(qū) 反向 擊穿區(qū) 當(dāng)外加正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，電壓再繼續(xù)增加時(shí)，電流迅速增大，而二極管端電壓卻幾乎不變，此時(shí)二極管端電壓稱為 正向?qū)妷?。利用 二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的整流電路。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光元件。三極管的產(chǎn)生使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 3. 集電區(qū)收集電子的過(guò)程 只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的 內(nèi)部條件 ，再加上晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的 外部條件 ，三極管就具有了放大電流的能力。 IB UCE / V IC /mA 0 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 UBB UCC RC + + RB IC IB UBE mA ?A IE 再調(diào)節(jié) IB1至另一稍小的固定值上保持不變。 截止區(qū) 。指針偏轉(zhuǎn)大。單極型三極管因 工作時(shí) 只有多數(shù)載流子一種載流 子參與導(dǎo)電，因此稱為單極型三極管 ；單極 型三極管是利用 輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制輸出電流的 電壓控制型 器件。 UT + － + － N+ N+ P型硅襯底 B D G S 當(dāng) UGSUT、 UDS≠0且較小時(shí) UDS UGS ID 當(dāng) UGS繼續(xù)增大， UDS仍然很小且不變時(shí)， ID隨著 UGS的增大而增大。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較 1. 場(chǎng)效應(yīng)管的源極 S、柵極 G、漏極 D分別對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管的發(fā)射極 e、基極b、集電極 c，它們的作用相似。 電子技術(shù)