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半导体器件

发布时间:2011/8/30 15:13:29 访问次数:2438


    常用的半导体器件有半导体二极管、三极管、场效应晶体管及集成电路等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元器件。学习电子技术,必须首先了解和掌握半导体器件的基本结构、工作原理、特性和参数。     SN65HVD3088ED  
  (一)什么是半导体?
    半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,如硅、锗、硒、砷化镓和一些氧化物、硫化物等。

  (二)什么是本征半导体?
    常用的半导体材料是硅和锗,它们都是具有共价键结构的四价元素。因此,纯净的半导体具有晶体结构,把具有晶体结构的纯净半导体称作本征半导体。
    在本征半导体中,当价电子获得一定的能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。价电子成为自由电子的同时,共价键中就留下一个空位,称为空穴。由于中性原子失去一个电子而带正电,因此,可以认为空穴是带正电的。自由电子和空穴总是成对出现的,称为电子空穴对。半导体中产生电子空穴对的过程叫本征激发。
    自由电子带负电,空穴带正电,统称载流子。在外电场作用下,自由电子逆着电场方向运动而形成电子电流;空穴顺着电场方向运动而形成空穴电流。这两个电流的实际方向是相同的。所以通过半导体的电流是自由电子和空穴丙种载流子的运动形成的。这是半导体导电与金属导体导电机理上的本质区别。

  (三)半导体主要有哪些特性?
    环境条件的变化会影响半导体材料的导电能力,半导体主要有以下几个特性。
    (1)热敏性
    环境温度对半导体的导电能力影响很大,温度升高,本征激发增强,产生的电子空穴对就增多,导电能力就增强。根据半导体材料的热敏特性,可制成热敏电阻和其他温度敏感元件。
    (2)光敏性
    一些半导体材料受到光照时,本征激发增强,载流子数量增加,导电能力亦随之增强。利用半导体的光敏性,可制成光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等光敏器件。
    (3)掺入杂质可改变半导体的导电性能
    在半导体中掺人微量其他元素称作掺人杂质,简称掺杂。掺杂后的半导体导电能力有很大的提高。

  (四)什么是P型半导体?     SN65HVD30D 
    在纯净的半导体中掺入微量的三价元素,例如硼元素,硼原子取代硅(或锗)原子的位置并与邻近硅(或锗)原子形成共价键时,因缺少一个电子而形成一个空穴,如图2-1所示。因此掺入三价元素的半导体,空穴的总数远大于自由电子,空穴成为多数载流子,自由电子成为少数载流子。这种半导体主要靠空穴导电,称为空穴型半导体,简称P型半导体。

                   

   (五)什么是N型半导体?
    在纯净的半导体中掺人微量五价元素,如磷元素,在构成共价键结构中,由于存在多余的价电子而产生大量的自由电子,如图2-2所示。因此,掺入五价元素的半导体,自由电子的总数远大于空穴,自由电子成为多数载流子,空穴成为少数载流子。这种半导体主要靠自由电子导电,称为电子型半导体,简称N型半导体。

                                 

    在掺杂半导体中,虽然两种载流子的数目不等,但整块半导体中的正、负电荷仍相等,保持电中性。

  (六)半导体的PN结是如何形成的?
    采用适当的工艺把P型半导体和N型半导体做在同一基片上,两种半导体之间便形成了一个交界面。由于交界面两侧存在着电子和
空穴浓度的差异,N型半导体中的自由电子要向P型半导体中扩散,同样,P型半导体中的空穴也向N型半导体中扩散,如图2-3 (a)所示。多数载流子扩散到对方区域盾被复合而消失,但在交界面两侧分别留下了不能移动的正、负离子,呈现出一个空间电荷区,如图2-3 (b)所示。这个空间电荷区就称作PN结。由于PN结内的载流子因扩散和复合消耗殆尽,放又称为耗尽层。

         
   
    PN结内在N区一侧是正电荷,在P区一侧是负电荷,由此而产生一个方向由N区指向P区的内电场,如图2-3 (b)所示。内电场对多数
载流子的扩散运动起着阻碍作用,但对少数载流子运动起着推动作用。少数载流子在内电场作用下的运动称为漂移运动。在无外电场作用的情况下,扩散运动和漂移运动达到动态平衡,PN结的宽度保持一定,而处于稳定状态。
  

   (七)PN结为何具有单向导电性?      SN65LBC172AN  
      在PN结两端加上不同极性的电压,PN结便会呈现不同的导电性能。PN结上外加电压的方式称为偏置方式,所加电压称为偏置电压。
    (1) PN结外加正向电压导通
    将PN结的P区接电源正极,N区接电源负极,即PN结处于正向偏置时,外加电场方向和内电场方向相反,削弱了内电场的作用,从而破坏了原来的平衡,空间电荷区变窄,多数载流子的扩散运动大大超过了少数载流子的漂移运动,形成较大的扩散电流。这时PN结
所处的状态称为正向导通,如图2-4所示。正向导通时,通过PN结的正向电流较大,即PN结呈现的正向电阻很小。

                    
    (2) PN结外加反向电压截止
    当PN结的P区接电源的负极,N区接电源的正极,即PN结处于反向偏置时,外加电场方向与PN结内电场方向一致,使空间电荷区变宽,多数载流子的扩散几乎难以进行,少数载流子的漂移运动则得到加强,从而形成反向漂移电流。由于少数载流子浓度极小,故反
向电流很微弱。这时PN结所处的状态称为反向截止,如图2-5所示。反向截止时,通过PN结的电流很小,PN结呈现的反向电阻很大。

                                       

    单问导电性是PN结的重要特性,也是晶体二极管、三极管等半导体器件导电特性的基础。


 


    常用的半导体器件有半导体二极管、三极管、场效应晶体管及集成电路等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元器件。学习电子技术,必须首先了解和掌握半导体器件的基本结构、工作原理、特性和参数。     SN65HVD3088ED  
  (一)什么是半导体?
    半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,如硅、锗、硒、砷化镓和一些氧化物、硫化物等。

  (二)什么是本征半导体?
    常用的半导体材料是硅和锗,它们都是具有共价键结构的四价元素。因此,纯净的半导体具有晶体结构,把具有晶体结构的纯净半导体称作本征半导体。
    在本征半导体中,当价电子获得一定的能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。价电子成为自由电子的同时,共价键中就留下一个空位,称为空穴。由于中性原子失去一个电子而带正电,因此,可以认为空穴是带正电的。自由电子和空穴总是成对出现的,称为电子空穴对。半导体中产生电子空穴对的过程叫本征激发。
    自由电子带负电,空穴带正电,统称载流子。在外电场作用下,自由电子逆着电场方向运动而形成电子电流;空穴顺着电场方向运动而形成空穴电流。这两个电流的实际方向是相同的。所以通过半导体的电流是自由电子和空穴丙种载流子的运动形成的。这是半导体导电与金属导体导电机理上的本质区别。

  (三)半导体主要有哪些特性?
    环境条件的变化会影响半导体材料的导电能力,半导体主要有以下几个特性。
    (1)热敏性
    环境温度对半导体的导电能力影响很大,温度升高,本征激发增强,产生的电子空穴对就增多,导电能力就增强。根据半导体材料的热敏特性,可制成热敏电阻和其他温度敏感元件。
    (2)光敏性
    一些半导体材料受到光照时,本征激发增强,载流子数量增加,导电能力亦随之增强。利用半导体的光敏性,可制成光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等光敏器件。
    (3)掺入杂质可改变半导体的导电性能
    在半导体中掺人微量其他元素称作掺人杂质,简称掺杂。掺杂后的半导体导电能力有很大的提高。

  (四)什么是P型半导体?     SN65HVD30D 
    在纯净的半导体中掺入微量的三价元素,例如硼元素,硼原子取代硅(或锗)原子的位置并与邻近硅(或锗)原子形成共价键时,因缺少一个电子而形成一个空穴,如图2-1所示。因此掺入三价元素的半导体,空穴的总数远大于自由电子,空穴成为多数载流子,自由电子成为少数载流子。这种半导体主要靠空穴导电,称为空穴型半导体,简称P型半导体。

                   

   (五)什么是N型半导体?
    在纯净的半导体中掺人微量五价元素,如磷元素,在构成共价键结构中,由于存在多余的价电子而产生大量的自由电子,如图2-2所示。因此,掺入五价元素的半导体,自由电子的总数远大于空穴,自由电子成为多数载流子,空穴成为少数载流子。这种半导体主要靠自由电子导电,称为电子型半导体,简称N型半导体。

                                 

    在掺杂半导体中,虽然两种载流子的数目不等,但整块半导体中的正、负电荷仍相等,保持电中性。

  (六)半导体的PN结是如何形成的?
    采用适当的工艺把P型半导体和N型半导体做在同一基片上,两种半导体之间便形成了一个交界面。由于交界面两侧存在着电子和
空穴浓度的差异,N型半导体中的自由电子要向P型半导体中扩散,同样,P型半导体中的空穴也向N型半导体中扩散,如图2-3 (a)所示。多数载流子扩散到对方区域盾被复合而消失,但在交界面两侧分别留下了不能移动的正、负离子,呈现出一个空间电荷区,如图2-3 (b)所示。这个空间电荷区就称作PN结。由于PN结内的载流子因扩散和复合消耗殆尽,放又称为耗尽层。

         
   
    PN结内在N区一侧是正电荷,在P区一侧是负电荷,由此而产生一个方向由N区指向P区的内电场,如图2-3 (b)所示。内电场对多数
载流子的扩散运动起着阻碍作用,但对少数载流子运动起着推动作用。少数载流子在内电场作用下的运动称为漂移运动。在无外电场作用的情况下,扩散运动和漂移运动达到动态平衡,PN结的宽度保持一定,而处于稳定状态。
  

   (七)PN结为何具有单向导电性?      SN65LBC172AN  
      在PN结两端加上不同极性的电压,PN结便会呈现不同的导电性能。PN结上外加电压的方式称为偏置方式,所加电压称为偏置电压。
    (1) PN结外加正向电压导通
    将PN结的P区接电源正极,N区接电源负极,即PN结处于正向偏置时,外加电场方向和内电场方向相反,削弱了内电场的作用,从而破坏了原来的平衡,空间电荷区变窄,多数载流子的扩散运动大大超过了少数载流子的漂移运动,形成较大的扩散电流。这时PN结
所处的状态称为正向导通,如图2-4所示。正向导通时,通过PN结的正向电流较大,即PN结呈现的正向电阻很小。

                    
    (2) PN结外加反向电压截止
    当PN结的P区接电源的负极,N区接电源的正极,即PN结处于反向偏置时,外加电场方向与PN结内电场方向一致,使空间电荷区变宽,多数载流子的扩散几乎难以进行,少数载流子的漂移运动则得到加强,从而形成反向漂移电流。由于少数载流子浓度极小,故反
向电流很微弱。这时PN结所处的状态称为反向截止,如图2-5所示。反向截止时,通过PN结的电流很小,PN结呈现的反向电阻很大。

                                       

    单问导电性是PN结的重要特性,也是晶体二极管、三极管等半导体器件导电特性的基础。


 

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