1、4-1 半 导 体 器 件 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件 l 一、半导体的导电特性l 半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。l （一）本征半导体l 完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为 本征半导体。l 在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合。每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。这对价电子是两个相邻原子所共有的，它们把相邻的原子结合在一起，构成共价键结构。共价键具有较强的结合力，束缚着价电子。当价电子获得外界能量（如温度、光照或辐射等），某些价电子就会挣脱原子核的束缚而成为自由电子（又称电子载流子）。在电子挣脱共价健的束缚成为自由
2、电子后，共价键中就会留下一个空位，称为空穴（又称空穴载流子），如 图 4-2所示。l 自由电子和空穴都称为 载流子 。 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l 在电场作用下，半导体中自由电子和空穴将作定向运动，参与导电，分别形成 电子电流 和 空穴电流 。在半导体中，同时存在着 电子导电和 空穴导电 ，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属导电原理上的本质差别。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡。温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好，但因常温下本征半导体中的自由电子和空穴浓度很低，因此导电能力很弱。l （二） PN结l 1 N型半导体和 P型半导体l 为了提高半导
3、体的导电能力，可在本征半导体中掺入微量杂质元素，掺杂后的半导体称为 杂质半导体 。按掺入的杂质不同，杂质半导体可分为两大类。l 杂质半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子，导电以电子为主，故称为 电子半导体 或 N型半导体 。 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l 在半导体中有大量空穴载流子，这种杂质半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，导电以空穴为主，故称为 空穴半导体 或P型半导体。l 2 PN结及其单向导电性l （ 1） PN结的形成 当通过一定的生产工艺，将 P型半导体和 N型半导体紧密结合在一起，如 图 4-4所示。则在 P型和 N型半导体交界处，由于空穴和电子浓度
4、差引起载流子运动，即扩散运动。首先是交界面附近的空穴扩散到 N区，在交界面附近的 P区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区。同样， N区的自由电子要向 P区扩散，在交界面附近的 N区留下带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。这样，在 P型半导体和 N型半导体交界面的两侧就形成了一个空间电荷区，这个空间电荷区就是 PN结 。l 正负空间电荷在交界面两侧形成了一个电场，称为 内电场 ，其 方向从 带正电的 N区指向带负电的 P区 。 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l （ 2） PN结的单向导电性 PN结加上如 图 4-5a所示正偏电压，即 P端为正， N端为负。此时，外电场
5、与 PN结内电场方向相反，削弱了内电场，使空间电荷区变窄，扩散运动增强，形成了较大的正向电流（扩散电流）。 PN结正向导通，其正向导通电阻很小，相当于开关闭合，此时，称之为 PN结正向偏置 。l 相反，如果给 PN结外加反偏电压，即 P端为负， N端为正，如 图 4-5b所示。这时，外电场与 PN结内电场的方向一致，使空间电荷区变宽，内电场增强，使扩散运动难以进行。少数载流子在电场作用下移动，形成极少量的反向电流。反映出其反向电阻很大，相当于开关断开，称为 PN结反向截止。此时，称之为 PN结反向偏置 。l PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止，因此， PN结具有单向导电特性。 焊接电工 第四
6、章图 4-6 半导体二极管a）点接触型 b）面接触型 c）表示符号 d）常见二极管的外形图4-1 半 导 体 器 件l 二、半导体二极管1基本结构 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l 2伏安特性l 伏安特性是描述二极管端电压与通过电流之间的关系特性曲线。二极管伏安特性如图 4-7所示。l （ 1） 正向特性 l （ 2）反向特性 l 3主要参数l （ 1）最大整流电流 指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 图 4-7 硅二极管的典型伏安特性 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l （ 2）反向工作峰值电压 它是保证二极管不被击穿而给出的方向峰值电压，一般是反
7、向击穿电压的一半或三分之二。l 三、稳压管l 1稳压管的工作特性l 稳压管在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管的伏安特性曲线与普通二极管的类似。l 2稳压管的主要参数 l （ 1） 稳定电压 即反向击穿电压，手册中所列的都是在一定条件（工作电流、温度）下的数值。l （ 2）稳定电流 指稳压管保持稳定电压时的工作电流。l （ 3） 动态电阻 动态电阻是指稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值。 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l （ 4）最大允许耗散功率 稳压管所允许的最大功耗。l 四、晶体管l 晶体管是由两个 PN结构成的三端半导体元件。l （一）晶体管的结构l 晶体管的外形及管脚极性如 图 4-8所示。晶体管可分为 NPN型和PNP型两种类型，结构和图形符号见 图 4-9所示。分为三个区域： 发射区、基区和集电区 。引出三个管脚分别为发射极 E、基极 B和集电极 C。靠近集电区的 PN结称为集电结，靠近发射区的 PN结称为发射结。发射极箭头方向代表三极管中电流的方向。 焊接电工 第四章4-1 半 导 体 器 件l （二）晶体管的电流放大作用 l 三极管电流放大作用可用 图 4-10所示。l （ 1）
