项目一半导体器件基础

三极管实物图
二 . 晶体管的电流放大作用
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下， 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通 过载流子传输体现出来的。 过载流子传输体现出来的。
（1）工作在放大状态的外部条件： 工作在放大状态的外部条件： 发射结正向偏置 集电结反向偏置 (2)实现电路: (2)实现电路: 实现电路
负极 引线
铝合金 小球
正极引线 PN 结 N型锗 型锗 金锑 合金 底座
外壳
触丝 负极引线
正极 负极 引线 引线
点接触型
面接触型
P N
P 型支持衬底
集成电路中平面型
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
二极管实物图
1.2 二极管的伏 安特性
I
正向特性
导通压降: 导通压降: 硅管0.6~0.8V, 硅管 锗管0.1~0.3V。 锗管 。
半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。 半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。
半导体的原子结构和简化模型
元素半导体硅和锗共同的特点：原子最外层的电子（价 电子）数均为4。
图1.1.1 硅和锗的原子结构和简化模型
自由 电子
空穴
图
硅单晶共价键结构
图 本征激发产生 电子－空穴对
硅(锗)的原子结构
变厚
内电场被加强， 内电场被加强，多子 的扩散受抑制。 的扩散受抑制。少子 漂移加强， 漂移加强，但少子数 量有限， 量有限，只能形成较 小的反向电流
－ + － +
P
－ + － +
N
+
外电场 内电场
R
E
PN结加正向电压时 呈现低电阻， PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较 结加正向电压 大的正向扩散电流； 大的正向扩散电流； PN结加反向电压时 呈现高电阻， PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很 结加反向电压 小的反向漂移电流。 小的反向漂移电流。 结具有单向导电性。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
内电场被削弱， 内电场被削弱，多子 的扩散加强， 的扩散加强，形成较 大的扩散电流。 大的扩散电流。
变薄
－
+ + + + 内电场
+
－
P
－ －
N
外电场
R
E
2. PN结外加反向电压时处于截止状态 PN结外加反向电压时处于截止状态
PN 结加上反向电压、反向偏置的意思是： P 加上反向电压、反向偏置的意思是 的意思是： 区加负、 区加正电压。 区加负、N 区加正电压。
Rb VB
B
IB IC
NPN VC
C
R
C
+
IE
VC
C
_
(3)满足放大条件的三种电路 满足放大条件的三种电路
E ui C B uo B 共基极 ui E C uo ui B C 共集电极 E uo
共发射极
(4) 三极管内部载流子的传输过程 (以NPN为例 ） 以 为例
I CBO
IC
I CN
1)发射结加正向电压，发射区向基 )发射结加正向电压，
1．三极管的电流放大作用就是基极电流 I B 的微小 三极管的电流放大作用就是基极电流 较大的变化。 变 化控制了集电极电流 IC 较大的变化。 三极管放大电流时， 2．三极管放大电流时，被放大的 IC 是由电源 VCC 提供的，并不是三极管自身生成的， 提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信 号对大信号的控制作用。 号对大信号的控制作用。 3．三极管是一种电流控制器件。 三极管是一种电流控制器件。 三极管是一种电流控制器件
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关
2、杂质半导体
一、N 型半导体
在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的5 在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的5价元 如磷）。 素（如磷）。
+4
+4
+4
P型半导体的特点： 型半导体的特点：
①空穴是多子，自由电子 空穴是多子， 是少子； 是少子； 主要靠空穴导电。 ②主要靠空穴导电。
+4 硼原子
+3
+4 空穴
P 型半导体的简化图示
负离子
多数载流子
少数载流子
3、PN结 、 结
一、PN 结的形成
扩散运 动 离子电荷区形成 扩散运动 动态平衡 内电场建立 漂移运动
IC = β IB + (1+ β )ICBO = β IB + ICEO
若IC>>ICEO， >> 1 β
IC ≈ β IB
IE=IB+IC
I E ≈ (1 + β ) I B
（5）晶体管的电流分配关系 三极管的电流放大作用
IE = IC + IB
IC = β IB IE = (1 + β ) IB
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。 度固定不变。
二、PN 结的单向导电性
1. PN结外加正向电压时处于导通状态 PN结外加正向电压时处于导通状态
PN 结加上正向电压、正向偏置的意思是： P 区 加上正向电压、正向偏置的意思是 的意思是： 加正、 区加负电压。 加正、N 区加负电压。
价电子 惯性核 简化模型
空穴
自 由 电 子
硅(锗)的共价键结构
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 自由电子在共价键以外的运动。 在共价键以外的运动 空穴在共价键以内的运动。 空穴在共价键以内的运动。 在共价键以内的运动
结论： 结论：
U
反 向 击 穿
反向击穿 电压U 电压 BR 死区电压 硅管 0.5V,锗管 锗管0.1V 锗管
PN结的反向击穿
结的反向电压增加到一定数值时， 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速 结的反向电压增加到一定数值时 增加，此现象称为PN结的反向击穿。 结的反向击穿 增加，此现象称为 结的反向击穿。 反向击穿类型： 反向击穿类型： 电击穿 热击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 结未损坏，断电即恢复。 — PN 结烧毁。 结烧毁。
半导体三极管
2.1 晶体三极管 2.2 晶体三极管的特性曲线 2.3 晶体三极管的主要参数 2.4 特殊的晶体三极管
2.1 晶体三极管
一、结构、符号和分类 结构、
集电极
C
集电结 N
基极
基本结构一 NPN型 型
B
P N 发射结 E
符号
B
C
E
发射极
制造工艺上的特点
集电区：面积较大, 集电区：面积较大, 掺杂浓度低
三、PN 结的伏安特性
I /mA
I = IS(e
反向饱和 电流
u /UT
−1)
正向特性 反 向 击 穿
O u /V
加正向电压时 加反向电压时 i≈–IS
小结
1. 本征半导体、N型半导体、P型半导体的特点 本征半导体、 型半导体、
2. PN结的形成及特性 PN结的形成及特性
半导体二极管
1. 1 半导体二极管的结构和类型 1. 2 二极管的伏安特性 1. 3 二极管的主要参数 1. 4 特殊二极管
C N P N E
发射极
集电极 基区：较薄， 基区：较薄， 掺杂浓度低
B
基极
发射区： 发射区：掺 杂浓度较高
基本结构二
PNP型 型
C P N P E
集电极
符号
B
C
B
基极
E
发射极
分类：
按材料分： 按材料分： 按结构分： 按结构分： 按使用频率分： 按使用频率分： 按功率分： 按功率分： 硅管、 硅管、锗管 NPN、 PNP 、 低频管、 低频管、高频管 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 ∼1 W 大功率管 > 1 W
又称为光敏二极管,反向电流随光照强度的增加而上升。 又称为光敏二极管 反向电流随光照强度的增加而上升。 反向电流随光照强度的增加而上升
符号
实物照片
三 . 发光二极管
符号
工作条件： 工作条件：正向偏置 一般工作电流几十 mA，导通电压 (1 ∼ 2) V mA，
小结
1.二极管的伏安特性 正向特性、反向特性 二极管的伏安特性----正向特性 二极管的伏安特性 正向特性、 2.二极管的主要参数: IF 、URM 、IR 、fM 2.二极管的主要参数: 二极管的主要参数 3.特殊二极管及其应用 3.特殊二极管及其应用
1. 1 半导体二极管的结构和类型
实质上就是一个PN结 实质上就是一个 结 构成： 构成：
PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 二极管(Diode)
+
阳极
硅二极管 锗二极管 点接触型
P
N
符号： 符号：
P
N
按材料分
阴极
-
分类： 分类： 按结构分
面接触型 平面型
正极 引线
N 型锗片
IE
所以
IBN ≈ IB + ICBO
IC = ICN + ICBO