【正文】 緣載流子，摻雜濃度界于 發(fā)射極和基極之間。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 2. 雙極型三極管的電流放大作用 晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖 e發(fā)射極 集電區(qū) N 基區(qū) P 發(fā)射區(qū) N b基極 c集電極 晶體管實(shí)現(xiàn)電流 放大作用的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件 (1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有 足夠的載流子供 “ 發(fā)射 ” 。 NPN型三極管圖符號(hào) 大功率低頻三極管 小功率高頻三極管 中功率低頻三極管 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的雙極型硅晶體管多為 NPN型 (3D系列 )，鍺晶體管多為 PNP型 (3A系列 )，按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據(jù)功率大小可分為大、中、小功率管。若三極管內(nèi)部的自由電子載流子和空穴載流子同時(shí)參與導(dǎo)電，就是所謂的 雙極型 。三極管的產(chǎn)生使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。試問(wèn)： (1)若將它們串聯(lián)相接，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ (2)若將它們并聯(lián)相接，又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ ，發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓 UD＝ ，正向電流在 5~15mA時(shí)才能正常工作。 3. 光電二極管 光電二極管也稱光敏二極管，同樣具有單向?qū)щ娦裕怆姽芄軞ど嫌幸粋€(gè)能射入光線的“ 窗口 ”，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過(guò)透鏡正好射在管芯上。在反向電壓下， 無(wú)光照時(shí)，反向電流很小，稱為 暗電流 ；有光照射時(shí)，攜帶 能量的光子進(jìn)入 PN結(jié)，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子， 使部分價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛，產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)，稱 光 生載流子 。光電二極管 PN結(jié)的結(jié) 面積較小、結(jié)深很淺，一般小于一個(gè)微米。 發(fā)光管常用來(lái)作為數(shù)字電路的數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列器件?，F(xiàn)有的發(fā)光二極管能發(fā)出紅黃綠等顏色的光。 實(shí)物圖 圖符號(hào)和 文字符號(hào) D 單個(gè)發(fā)光二極管常作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源及光電耦合器中的發(fā)光元件等。 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。 在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過(guò)管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點(diǎn)達(dá)到“ 穩(wěn)壓 ”效果的。 擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^(guò)管子的電流，就能保證管子不因過(guò)熱而燒壞。 其穩(wěn)定電壓 UZ最低為 3V，高的可達(dá) 300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)的正向壓降約為 。 正向特性與普通二極管相似 反向 Δ IZ Δ UZ 特殊二極管 1. 穩(wěn)壓二極管 實(shí)物圖 圖符號(hào)及文字符號(hào) 顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。 u0 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？ 你會(huì)做嗎？ 何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓？ 把一個(gè) 正向聯(lián)接到二極管的兩端， 會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？ 二極管的伏安特性曲線上分為幾個(gè)區(qū)？能否說(shuō)明二極管工作在各個(gè)區(qū)時(shí)的電 壓、電流情況？ 為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大 ？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 I(mA) 40 30 20 10 0 5 10 15 20 (μ A) － 12 － 8 － 4 U(V) 穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、 這就是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。 uS +5V 5V t 0 當(dāng)輸入電壓 ui=－ 5V時(shí)，二極管反偏截止，此時(shí)電路 可視為開(kāi)路，輸出電壓 u0=0V； 當(dāng)輸入電壓 ui= +5V時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)二極管 管壓降近似為零，故輸出電壓 u0≈+5V。電源 uS是一個(gè)周期性的矩形脈沖， 高電平幅值為 +5V，低電平幅值為 5V。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 4. 二極管的應(yīng)用舉例 注意： 分析實(shí)際電路時(shí)為簡(jiǎn)單化，通常把二極管進(jìn)行理想 化處理，即正偏時(shí)視其為“ 短路 ”，截止時(shí)視其為“ 開(kāi)路 ”。 （ 4） 最大工作頻率 fM：此值由 PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。 IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｊ謨?cè)上一般取擊穿電壓的一半作 為最高反向工作電壓值。其大小由 PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。所以通常稱它為 反向飽和電流 。 在二極管兩端加反向電壓時(shí)，將有很小的、由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流通過(guò)二極管。 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?。 外加反向電壓超過(guò)反向擊穿電壓 UBR時(shí)，反向電流突然增大，二 極管失去單向?qū)щ娦?，進(jìn)入 反向擊穿區(qū) 。 死區(qū) 正向 導(dǎo)通區(qū) 反向 截止區(qū) 當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，由于外電場(chǎng)還 不能克服 PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn) 動(dòng)的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。二極管既然是一個(gè) PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“ 單向?qū)щ娦?”。 負(fù)極引線 底座 金銻合金 PN結(jié) 鋁合金小球 正極引線 普通二極管 圖符號(hào) 穩(wěn)壓二極管 圖符號(hào) 發(fā)光二極管 圖符號(hào) D DZ D 使用二極管時(shí)，必須注意極性不能接反，否則電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的可能。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 1. 二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型 點(diǎn)接觸型 ：結(jié)面積小，適用于 高頻檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī) 中的開(kāi)關(guān)元件。根據(jù)其用途分有 檢波管 、 開(kāi)關(guān)管 、 穩(wěn)壓管 和 整流管 等。這兩種擊穿能否造成 PN結(jié)的永久損壞 ？ 空間電荷區(qū)的電阻率為什么很 高？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體二極管 把 PN結(jié)用管殼封裝，然后在 P區(qū)和 N區(qū)分別向外引出一 個(gè)電極，即可構(gòu)成一個(gè)二極管。 熱擊穿的過(guò)程是不可逆的，應(yīng)當(dāng)盡量避免發(fā)生。 利用電擊穿時(shí) PN結(jié)兩端 電壓變化很小電流變化很大 的特 點(diǎn)，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的 穩(wěn)壓管 。 雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場(chǎng)效應(yīng)擊 穿，二者均屬于 電擊穿 。這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)足以把 PN結(jié)內(nèi)中 性原子的價(jià)電子從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生出大量的電子 — 空穴對(duì)，使 PN結(jié)反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱為 齊納擊 穿 。 (1)雪崩擊穿 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 當(dāng) PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時(shí)，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機(jī)會(huì)大為減少，因而不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。 雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場(chǎng)較強(qiáng)，外加反向電壓相 對(duì)較高。 反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。 學(xué)習(xí)與歸納 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 6. PN結(jié)的反向擊穿問(wèn)題 PN結(jié)反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò) PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。 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。 1. 半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低 ，但少子對(duì)溫度非常敏感，因此溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。在一定溫度下，電子、空穴對(duì)的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè) 計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。反 向飽和電流由于很小一般可以忽略，從這一點(diǎn)來(lái)看， PN結(jié)對(duì) 反向電流呈 高阻 狀態(tài)，也就是所謂的 反向阻斷 作用。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)的上述“ 正向?qū)?，反向阻?”作用，說(shuō)明它具有 單向 導(dǎo)電性 ， PN結(jié)的單向?qū)щ娦允撬鼧?gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。 PN結(jié)內(nèi)部載流子基本為零，因此導(dǎo)電率很低，相當(dāng)于介質(zhì)。開(kāi)始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)， 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使 PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng) ；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)： P區(qū)的少子電子向 N區(qū)漂移，補(bǔ)充了交界面上 N區(qū)失去的電子，同時(shí)， N區(qū)的少子空穴向 P區(qū)漂移，補(bǔ)充了原交界面上 P區(qū)失去的空穴，顯然 漂移運(yùn)動(dòng)減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使 PN結(jié)變窄 。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)。 一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質(zhì)的濃度相等。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 。 在 P型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電 子，而不能移動(dòng)的離子帶 負(fù)電 。 一般情況下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù) 載流子數(shù)量的 1010倍或更多，因此，雜質(zhì)半導(dǎo)體比本征半導(dǎo)體 的導(dǎo)電能力可增強(qiáng)幾十萬(wàn)倍。 4. 本征半導(dǎo)體 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 三價(jià)元素硼 (B) B + 摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的