北京建筑大学：《建筑电工学》课程教学资源（PPT课件）第4章 半导体二极管和三极管

第4章半导体二极管和三极管 4.1半导体的导电特性 4.2半导体二极管 4.3 稳压管 4.4半导体三极管

第 4 章 半导体二极管和三极管 4.2 半导体二极管 4.3 稳压管 4.4 半导体三极管 4.1 半导体的导电特性

第4章半导体二极管和三极管 4.1半导体的导电特性 4.1.1本征半导体 本征半导体就是完全纯净的、具 自由电子 共价键 空穴 0 有晶体结构的半导体。 用得最多的半导体是硅或锗，它 们都是四价元素。将硅或锗材料提纯 并形成单晶体后，便形成共价键结构。 在获得一定能量（热、光等）后，少量 价电子即可挣脱共价键的束缚成为自 由电子，同时在共价键中就留下一个 空位，称为空穴。自由电子和空穴总 本征半导体中自由 电子和空穴的形成 是成对出现，同时又不断复合

第 4 章 半导体二极管和三极管 4.1 半导体的导电特性 本征半导体就是完全纯净的、具 有晶体结构的半导体。 4.1.1 本征半导体 自由电子 共价键 空穴 Si Si Si Si 本征半导体中自由 电子和空穴的形成 用得最多的半导体是硅或锗,它 们都是四价元素。将硅或锗材料提纯 并形成单晶体后，便形成共价键结构。 在获得一定能量(热、光等)后，少量 价电子即可挣脱共价键的束缚成为自 由电子，同时在共价键中就留下一个 空位，称为空穴。自由电子和空穴总 是成对出现，同时又不断复合

在外电场的作用下， 自由电子逆着电场方向定 向运动形成电子电流。带 電子移動方向 正电的空穴吸引相邻原子 、0 、0 中的价电子来填补，而在 Si 该原子的共价键中产生另 00 00 一个空穴。空穴被填补和 相继产生的现象，可以看 -00 成空穴顺着电场方向移动， 空穴移勤方向 形成空穴电流。 外电场方向 可见在半导体中有自由 电子和空穴两种载流子，它 们都能参与导电

在外电场的作用下， 自由电子逆着电场方向定 向运动形成电子电流。带 正电的空穴吸引相邻原子 中的价电子来填补，而在 该原子的共价键中产生另 一个空穴。空穴被填补和 相继产生的现象，可以看 成空穴顺着电场方向移动， 形成空穴电流。 可见在半导体中有自由 电子和空穴两种载流子，它 们都能参与导电。 外电场方向 Si Si Si Si Si Si Si

4.1.2N型半导体和P型半导体 本征半导体中由于 多余价电子 载流子数量极少，导电 能力很低。如果在其中 参入微量的杂质（某种元 素)将使其导电能力大大 增强。 1.N型半导体 在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原 子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用 于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚 而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多 数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为N型 半导体

4.1.2 N 型半导体和 P 型半导体 1. N 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原 子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用 于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚 而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多 数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型 半导体。 Si Si Si Si Si Si Si P 本征半导体中由于 多余价电子 载流子数量极少，导电 能力很低。如果在其中 参入微量的杂质(某种元 素)将使其导电能力大大 增强

2.P型半导体 在硅或锗的晶体中 空穴 价电子填补空位 掺入三价元素硼，在组 成共价键时将因缺少 一 B 个电子而产生一个空位， 相邻硅原子的价电子很 0 容易填补这个空位，而 S Si 0 在该原子中便产生一个 空穴，使空穴的数量大 大增加，成为多数载流 子，电子是少数载流子， 将这种半导体称为P型 半导体

2. P 型半导体 在硅或锗的晶体中 掺入三价元素硼，在组 成共价键时将因缺少一 个电子而产生一个空位， 相邻硅原子的价电子很 容易填补这个空位，而 在该原子中便产生一个 空穴，使空穴的数量大 大增加，成为多数载流 子，电子是少数载流子， 将这种半导体称为 P 型 半导体。 Si Si Si Si Si Si Si B 空位 空穴 价电子填补空位

4.1.3PN结及其单向导电性 1.PN结的形成 在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺，形成P型半导体 区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处形成了一个 特殊的薄层，称为PN结。 PN结 P区 N区 内电场方向

4.1.3 PN 结及其单向导电性 1. PN 结的形成 在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺，形成 P 型半导体 区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处形成了一个 特殊的薄层，称为PN 结。 P 区 N 区 N区的电子向P区扩散并与空穴复合 PN 结 内电场方向

2.PN结的单向导电性 (1)外加正向电压 空间电荷区变 P区 窄 N区 ● 内电场方向 扩散运动增强，形 外电场方向 成较大的正向电流

2. PN 结的单向导电性 (1) 外加正向电压 内电场方向 E 外电场方向 R I P 区 N 区 外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷 N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷 空间电荷区变 窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流

2.外加反向电压 外电场驱使空间电荷区变宽 多数载流子的扩散运动难于进行 空间电荷区变宽 P区 N区 内电场方向 少数载流子越过PN结 外电场方向 形成很小的反向电流

P 区 N 区 内电场方向 E R 空间电荷区变宽 外电场方向 IR 2. 外加反向电压 外电场驱使空间电荷区变宽 多数载流子的扩散运动难于进行 少数载流子越过 PN 结 形成很小的反向电流

4.2半导体二极管 14.2.1二极管基本结构 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极 管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 引线 正极引线 正极 外壳 铝合金小球 PN结 触丝 N型锗 N型储 金锑合金 一底座 负极 负极引线 表示符号 点接触型 面接触型

4.2 半导体二极管 14.2.1二极管基本结构 将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极 管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 点接触型 表示符号 正极 负极 金锑合金 面接触型 N型锗 正极引线 负极引线 PN 结 底座 铝合金小球 引线 触丝 N 型锗 外壳

4.2.2伏安特性 二极管和PN结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线 可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电 压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压 称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V,锗管约为 0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~ 0.3V。 I/mA I/mA 60 15 40 正向特性 10 20 5 50 -25 -50-25 反向特 0 0.40.8U1V -0.0 00.20.4U1V 0.02 -0.02 击穿电压 UBR-0.04 死区电压 硅管的伏安特性 锗管的伏安特性

4.2.2 伏安特性 二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线 可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电 压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压 称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为 0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 ~ 0.7V，锗管约为0.2 ~ 0.3V。 60 40 20 – 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 –50 –25 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反 向 特 性 I / mA 0.2 0.4 U / V – 50 – 25 5 10 15 –0.01 –0.02 锗管的伏安特性 0