第1章-半导体器件课件

第第1 1章章 半导体器件半导体器件教学基本要求教学基本要求（1 1）了解半导体二极管的导通、截止条件，伏安特了解半导体二极管的导通、截止条件，伏安特 性和主要参数。性和主要参数。（2 2）了解稳压二极管的稳压原理和主要参数，以及了解稳压二极管的稳压原理和主要参数，以及 稳压二极管稳压电路的工作原理。稳压二极管稳压电路的工作原理。（3 3）了解晶体管的类型，了解电流分配，主要参了解晶体管的类型，了解电流分配，主要参 数，特性曲线和放大、饱和、截止三种工作数，特性曲线和放大、饱和、截止三种工作 状态以及小信号模型电路。状态以及小信号模型电路。（4 4）了解了解MOS场效应晶体管的工作原理，特性曲场效应晶体管的工作原理，特性曲 线，主要参数以及小信号模型电路。线，主要参数以及小信号模型电路。（5 5）了解半导体光电器件的种类和特点。了解半导体光电器件的种类和特点。1.1 1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结1.2 1.2 二极管二极管 1.3 1.3 稳压二极管稳压二极管 1.4 1.4 双极结型双极结型晶体晶体管管1.5 1.5 场效晶体管场效晶体管1.6 1.6 光电器件光电器件第第1 1章章 半导体器件半导体器件 半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质1.1 1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结一、半导体的导电性能一、半导体的导电性能 1 1本征半导体本征半导体 纯净半导体中有两种载流子（自由电子和空穴）纯净半导体中有两种载流子（自由电子和空穴），两种载流子的浓度相等。，两种载流子的浓度相等。2 2杂质半导体杂质半导体 本征半导体的导电能力很弱，如掺入微量的本征半导体的导电能力很弱，如掺入微量的其他元素就会使其导电能力发生显著变化，这些其他元素就会使其导电能力发生显著变化，这些微量元素的原子称为杂质。微量元素的原子称为杂质。（1 1）N型半导体型半导体（2 2）P型半导体型半导体 在四价在四价元素元素硅晶体中掺入三价元素的硼。硅晶体中掺入三价元素的硼。N型型半半导导体体的的多多数数载载流流子子为为自自由由电电子子，半半导导体体主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。P型型半半导导体体的的多多数数载载流流子子为为空空穴穴，半半导导体体主主要靠空穴导电。要靠空穴导电。3 3半导体的性能半导体的性能（1 1）热敏性）热敏性环境温度对半导体导电能力影响很大环境温度对半导体导电能力影响很大（2 2）光敏性）光敏性光照射时，半导体的载流子数量光照射时，半导体的载流子数量急剧增加。急剧增加。在四价元素硅晶体中掺入五价元素的磷。在四价元素硅晶体中掺入五价元素的磷。二、二、PN结及其单向导电性结及其单向导电性2 2PN结的单向导电性结的单向导电性1 1PN结的形成结的形成要点：要点：PN结具有单向导电性，加正向电压（正偏）结具有单向导电性，加正向电压（正偏）时时PN结导通，加反向电压（反偏）时结导通，加反向电压（反偏）时PN结截止。结截止。1.2 1.2 二极管二极管1.1.图形符号图形符号 2.2.类型类型 点接触型点接触型 面接触型面接触型一、基本结构一、基本结构二、二极管伏安特性二、二极管伏安特性正向特性：正向特性：加正向电压，加正向电压，二极管导通，电流很快二极管导通，电流很快上升。正常工作时，硅上升。正常工作时，硅管电压约为管电压约为0.7V，锗管，锗管电压约为电压约为0.3V，正向电，正向电阻很小。阻很小。反向特性：反向特性：加反向电压，加反向电压，二极管截止，反向电流二极管截止，反向电流很小。反向电阻很大。很小。反向电阻很大。达到反向击穿电压达到反向击穿电压UBR时，二极管被击穿损坏。时，二极管被击穿损坏。三、主要参数三、主要参数（1 1）最大正向电流）最大正向电流（2 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压（3 3）最大反向电流）最大反向电流四、二极管的应用四、二极管的应用应用：整流、检波、限幅、钳位应用：整流、检波、限幅、钳位理想伏安特性：理想伏安特性：例例1.2.11.2.1试画出输出电压的波形试画出输出电压的波形(1)(1)在在-US2ui US1期间，期间，D1处于正向处于正向 偏置而导通，偏置而导通，uo=US1。(3)(3)在在ui-0期间，期间，D1处于正向处于正向 偏置而导通，偏置而导通，uo=ui。(2)(2)在在ui 0期间，期间，D1处于反向处于反向 偏置而截止，偏置而截止，uo=0。1.3 1.3 稳压二极管稳压二极管 经过特殊工艺制成的面接触型二极管经过特殊工艺制成的面接触型二极管1.图形和文字符号图形和文字符号2.2.伏安特性曲线伏安特性曲线稳压二极管稳压二极管要点：要点：稳压二极管工作在反稳压二极管工作在反向击穿状态，击穿电压为向击穿状态，击穿电压为UZ。击穿电流。击穿电流IZ在最小稳在最小稳定电流定电流IZmin和最大稳定电和最大稳定电流流 IZmax范围内变化时，范围内变化时，稳压管两端电压基本不变，稳压管两端电压基本不变，均等于稳定电压均等于稳定电压UZ。如果。如果IZIZmax稳压二极管将过稳压二极管将过热损坏，若热损坏，若IZIZmin则起则起不到稳压作用。不到稳压作用。UZIZminIZmaxUZIZ3.3.稳压管的工作原理稳压管的工作原理 1.4 1.4 双极结型晶体管双极结型晶体管一、基本结构一、基本结构P二、电流分配和电流放大作用二、电流分配和电流放大作用（2 2）晶体管具有电流）晶体管具有电流放大作用。放大作用。（1 1）三个电极的电流）三个电极的电流符合符合KCL电流放大系数电流放大系数双极结型晶体管具有双极结型晶体管具有NPN型和型和PNP型两种型两种结构，它们的工作原结构，它们的工作原理相同，只是电源极理相同，只是电源极性相反。在放大状态性相反。在放大状态发射结均为正偏（电发射结均为正偏（电压降与半导体材料有压降与半导体材料有关，硅管为关，硅管为0.7V，锗，锗管约为管约为0.3V），集电），集电结均为反偏。结均为反偏。三、特性曲线三、特性曲线2.2.输出特性输出特性1.1.输入特性输入特性饱和区饱和区特点：特点：IB电流为零电流为零 IC电流近似为电流近似为零，零，UBE0，UCE等于电源等于电源电压电压VCC。特点：特点：IC不受不受IB的控制，的控制，即即 IBIBS电压为饱和压降电压为饱和压降UCES，约等于，约等于0.3V近似为零。近似为零。特点：特点：特点：特点：IC与与UCE无关，无关，IC只受只受IB的控制，的控制，UCE大大于晶体管饱和于晶体管饱和电压电压UCES，小，小于电源电压于电源电压VCC四、主要参数：四、主要参数：（2 2）极间反向电流）极间反向电流 集、基极间反向饱和电流集、基极间反向饱和电流（1 1）电流放大系数）电流放大系数集、射极间穿透电流集、射极间穿透电流()极限参数极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 反向击穿电压反向击穿电压五、复合晶体管五、复合晶体管 绝缘场效应管具有绝缘场效应管具有N沟道和沟道和P沟道两种结构，沟道两种结构，它们工作原理相同，只是电源的极性相反，每种结它们工作原理相同，只是电源的极性相反，每种结构的场效应晶体管又分为增强型和耗尽型两类。构的场效应晶体管又分为增强型和耗尽型两类。1.5 1.5 场效应晶体管场效应晶体管 场效应晶体管（场效应晶体管（FET）是一种利用电场）是一种利用电场效应控制其电流大小的半导体三极管。效应控制其电流大小的半导体三极管。一、绝缘栅型场效应晶体管一、绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET）二、工作原理和特性曲线二、工作原理和特性曲线1.1.耗尽型场效应晶体管耗尽型场效应晶体管2.2.增强型场效应晶体管增强型场效应晶体管 场效应晶体管用栅极电压控制漏极电流，场效应晶体管用栅极电压控制漏极电流，是电压控制器件，两者之间的关系用转移特性是电压控制器件，两者之间的关系用转移特性表示。其中表示。其中UGS(th)为增强型场效应晶体管的开启为增强型场效应晶体管的开启电压，当电压，当UGSUGS(th)时，场效应晶体管导通，时，场效应晶体管导通，出现漏极电流；出现漏极电流；UGS(off)为耗尽型场效应晶体管的为耗尽型场效应晶体管的夹断电压，当夹断电压，当UGSUGS(off)时，场效应晶体管关时，场效应晶体管关断。两者的区别在于：当断。两者的区别在于：当UGS0时，增强型场时，增强型场效应晶体管的漏极电流为零，而耗尽型场效应效应晶体管的漏极电流为零，而耗尽型场效应晶体管的漏极电流不为零。晶体管的漏极电流不为零。小结小结三、主要参数：三、主要参数：（1 1）跨导）跨导 （3 3）最大漏、源击穿电压）最大漏、源击穿电压（4 4）漏极最大耗散功率）漏极最大耗散功率（2 2）通态电阻）通态电阻 在在UGS确定的情况下，场效应晶体管进确定的情况下，场效应晶体管进入饱和导通时，漏、源之间的电阻值。入饱和导通时，漏、源之间的电阻值。1.6 1.6 光电器件光电器件一、显示器件一、显示器件 发光二极管将电能转换为光能发光二极管将电能转换为光能 功能：二极管正向导通时，由于空穴和电子的复功能：二极管正向导通时，由于空穴和电子的复 合而放出能量，发出一定波长的可见光。合而放出能量，发出一定波长的可见光。特点：驱动电压低，工作电流小，抗振动、特点：驱动电压低，工作电流小，抗振动、抗冲击抗冲击 力强，体积小，可靠性强。力强，体积小，可靠性强。符号：符号：二、光电器件二、光电器件1.1.光电二极管光电二极管功能：二极管的功能：二极管的PN结反向电流具有光敏性，当有结反向电流具有光敏性，当有 光照射时，其反向电流将随光射强度的增光照射时，其反向电流将随光射强度的增 加而线性增加。加而线性增加。符号及特性曲线：符号及特性曲线：2.2.光电晶体管光电晶体管 组成：光电二极管和晶体管结合即构成光电晶体管组成：光电二极管和晶体管结合即构成光电晶体管 特点：灵敏度提高了特点：灵敏度提高了倍，响应时间也相应增加。倍，响应时间也相应增加。符号及特性曲线：符号及特性曲线：三、光电耦合器三、光电耦合器组成：将发光器件和受光器件组装在一起。组成：将发光器件和受光器件组装在一起。特点：特点：（1 1）绝缘电阻高，可承受）绝缘电阻高，可承受20002000V以上高压以上高压（2 2）具有极强的抗干扰能力）具有极强的抗干扰能力（3 3）具有极强的传递速度）具有极强的传递速度发光二极管发光二极管光电晶体管光电晶体管光信号光信号电信号电信号电信号电信号