半导体基础知识

半导体基础知识

• 本征半导体：纯净的晶体结构的半导体

• 载流子：运载电荷的粒子

杂质半导体：

• N型半导体：掺杂+5价原子（P磷），多子为电子

• P型半导体：掺杂+3价原子（B硼），多子为空穴

PN结：

• 自由电子与空穴：热激发下，价电子挣脱共价键束缚变为自由电子，留下的位置称为空穴

• 复合运动：自由电子运动中填补空穴，二者同时消失

• 扩散运动：物质因浓度差而产生的运动

• 漂移运动：因电场作用所产生的运动

• PN结的形成：参与扩散运动和飘移运动的载流子数目相同，达到动态平衡

• 正向导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电场，形成扩散电流，导通

• 反向截止：耗尽层变宽，阻值扩散，利于飘移，形成飘移电流（很小），截止

• PN结结电容：空间电荷区宽窄变化等效电容为势垒电容，扩散运动载流子浓度变化等效电容为扩散电容，PN结的等效电容等于二者之和

• 箭头：半导体器件中，箭头总是从P指向N

半导体二极管

伏安特性曲线：

• 电流方程：

温度影响：

• T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓

• T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移

主要参数：

• 最大整流电流IF:最大平均值

• 最大反向工作电压UR:最大瞬时值

• 反向电流IR：即IS

• 最高工作频率fM：因PN结有电容效应

双极型晶体管（BJT）

结构特点

三级三区两PN结，发射区多子浓度高，基区多子浓度低且薄，集电区面积大

放大条件

发射结正偏，集电结反偏

电流分配

IE=IB+IC

• IE:扩散运动形成
• IB:复合运动形成
• IC:漂移运动形成

输入输出特性

• 输入特性：

• 输出特性：

工作区域

饱和区、放大区、截止区(放大状态时，输出回路iC几乎仅仅决定于iB,即可将输出回路等效为iB控制iC)

状态	uBE	iC	uCE
截止	＜Uon	ICEO	VCC
放大	≥ Uon	βiB	≥ uBE
饱和	≥ Uon	＜βiB	≤ uBE

温度影响

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主要参数

• 直流放大系数： 交流放大系数：

• 穿透电流：

结型场效应管

符号及结构示意图（N沟道）

栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用

漏-源电压对漏极电流的影响

转移特性

输出特性

绝缘栅型场效应管

晶闸管（可控硅SCR）

名称分类

晶闸管（可控硅，SCR， Semiconductor Controlled Rectifier），分单向和双向可控硅（三端双向可控硅，TRIAC）和 门极关断晶闸管（GTO， Gate Turn-Off Thyristor）

单向可控硅

导通条件：

1. AK级加正向电压

2. G极正向电压，且电流足够导通，导通后不必保持

维持状态：

1. AK极正电压

2. AK极间不小于维持电流

关断条件：

1. 减小穿过AK的电流，使电流小于器件的维持电流

2. AK极无电压或负电压

双向可控硅

导通条件：

1. 坐标四象限

2. G极正负电压，T1、T2正负电压均可导通，导通后G极不必保持电压

维持状态：

1. T1、T2极间有电压

2. T1、T2极间不小于维持电流

关断条件：

减小穿过T1、T2的电流，使电流小于器件的维持电流