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1、第十五章半导体二极管和三极管15.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体：导电实力介乎导体和绝缘体之间，如半导体：导电实力介乎导体和绝缘体之间，如锗、硅、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都锗、硅、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。是半导体。半导体的导电机理不同于其它物质，所半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：以它具有不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电实力明显变更。电实力明显变更。往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电实力明显变更。会使它的导电实力明显变更。现代电
2、子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi15.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体：本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构完全纯净的、具有晶体结构 的半导体。的半导体。晶体中原子排列的方式晶体中原子排列的方式硅单晶中的共价键结构硅单晶中的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子在获得确定能量（温度上升或光照）后，最外在获得确定能量（温度上升或光照）后，最外层电子可摆脱原子核的束缚而成为自由电子。层电子可摆脱原子核
3、的束缚而成为自由电子。失去一个电子就留下一个子空穴，从而使原子失去一个电子就留下一个子空穴，从而使原子呈现为正离子，并吸引邻近的电子。呈现为正离子，并吸引邻近的电子。+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在无外电压的状况下，自由电子与空穴在无外电压的状况下，自由电子与空穴是成对出现的且无规则移动的。是成对出现的且无规则移动的。自由电子和空穴都称为载流子，温度越高自由电子和空穴都称为载流子，温度越高，载流子越多，半导体的导电性也越好，因，载流子越多，半导体的导电性也越好，因此温度对半导体的性能影响很
4、大。此温度对半导体的性能影响很大。在外电场的作用下，自由电子作定向移在外电场的作用下，自由电子作定向移动，空穴则反向移动，形成电流。动，空穴则反向移动，形成电流。15.1.2 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体SiSiPSi自由电子自由电子磷原子磷原子+N型半导体型半导体：在硅或锗晶体中掺入微量杂质：在硅或锗晶体中掺入微量杂质 （磷元素）后形成半导体。（磷元素）后形成半导体。SiSiBSi空穴空穴硼原子硼原子-P型半导体型半导体：在硅或锗晶体中掺入微量杂质：在硅或锗晶体中掺入微量杂质 （硼元素）后形成半导体。（硼元素）后形成半导体。总总 结结3、由于载流子的运动方向是无规则的，因此宏观上
5、由于载流子的运动方向是无规则的，因此宏观上半导体是不带电的。但掺杂后的半导体的自由电子或半导体是不带电的。但掺杂后的半导体的自由电子或空穴剧增，所以导电性也大大提高。空穴剧增，所以导电性也大大提高。1、多数载流子多数载流子N型半导体：自由电子型半导体：自由电子P型半导体：空穴型半导体：空穴2、少数载流子少数载流子N型半导体：空穴型半导体：空穴P型半导体：自由电子型半导体：自由电子15.2 PN结结15.2.1 PN结的形成结的形成P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+空穴空穴自由电子自由电子P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+内电场E方向空间电荷区空间电荷区的性质：1.多数载
6、流子因扩散复合而消耗了，所以又称为耗尽层。2.空间电荷区中的正负离子不能移动，但在交界面处形成了一个电场，这个电场将阻挡多数载流子的进一步复合，所以又称为阻挡层。3.扩散与漂移达到动态平衡。内电场方向内电场方向+P PN N121215.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结正向偏置结正向偏置+内电场方向内电场方向外电场方向外电场方向变窄变窄PN+_内电场被减弱，内电场被减弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成较大的能够形成较大的扩散电流。扩散电流。RIPN结反向偏置结反向偏置+内电场方向内电场方向外电场方向外电场方向变宽变宽NP+_内电场被被加强，内电场被被加强，多子的扩散受抑多子
7、的扩散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小的反向电流。较小的反向电流。RPN半导体二极管符号半导体二极管符号伏安特性伏安特性死区死区电压电压反向击穿电反向击穿电压压U(BR)U（V）0.40.8-50-25-2080604020-40-60二极管的主要参数二极管的主要参数1.最大整流电流最大整流电流IOM2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM3.反向峰值电流反向峰值电流IRM例：二极管的应用：例：二极管的应用：RRLuiuRuo-+-+CDtuiutp0tuo0tuR015.4 稳压管稳压管+-符号：符号：主要参数：主要参数：UZ1
8、.稳定电压稳定电压UZIZM UZ IZ3.动态电阻动态电阻rZIZ4.稳定电流稳定电流IZ2.电压温度系数电压温度系数5.最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZMU(v)I(mA)伏安特伏安特性曲线性曲线15.5 半导体三极管半导体三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极放射结放射结集电结集电结BECPPN基极基极发射极发射极集电极集电极放射结放射结集电结集电结15.5.1 基本结构基本结构BECNNPNPN型型PNPPNP型型CEBBECIBIEICBECIBIEIC15.5.2 电流安排和放大原理电流安排和放大原理IB（mA）00.020.040.060.080.10IC（mA）
9、0.001 0.701.502.303.103.95IE（mA）0.001 0.721.542.363.184.05RBIBECEBmAICIE-+-CEB6v AmA晶体管中的电流晶体管中的电流BECNNPEBRBEc-+-+载流子运动载流子运动BECNNPEBRBEcICBOIBE+-ICEIEIBIC电流分配电流分配15.5.3 特性曲线特性曲线ICmAVUCEUBERBIBEBECV A测量晶体管特性的实验数据测量晶体管特性的实验数据（1）输入特性）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V（2）输出特性）输出特性饱和区IC(mA )1234UCE(V)36
10、912IB=020 A40 A60 A80 A100 A1.52.3Q1Q2放大区截止区（3）主要参数）主要参数1.电流放大倍数电流放大倍数和和 _ 直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII=_ 沟通电流放大倍数：沟通电流放大倍数：2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBOICBO是是集电结反集电结反偏由少子偏由少子的漂移形的漂移形成的反向成的反向电流，受电流，受温度的变温度的变更影响。更影响。AICBO-+-EC3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO+-+AECT4.集电极最大电流集电极最大电流ICM5.集电极集电极-放射极反向击穿电压放射极反向击穿电压U(BR)CEO6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM