半导体器件 课件-2023届高三通用技术一轮复习（33张PPT）

(共33张PPT)
半导体二极管器件
1.3 半导体二极管
1.4 稳压二极管
1.2 PN结及其单向导电性
1.1 半导体的导电特性
1.5 光电器件
1.1 半导体的导电特性
一、半导体的导电性能
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体，如铁、铜、铝等。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
1.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性：
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电
能力明显改变(可做成各种不同用途的半导
体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极
管、光敏三极管等)。
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的鍺、硅、硒，称为本征半导体。
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键
共价键中的两个电子，称为价电子。
Si
Si
Si
Si
价电子
Si
Si
Si
Si
价电子
价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。
本征半导体的导电机理
本征激发：
空穴
温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。
自由电子
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
1.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。
掺入五价元素
Si
Si
Si
Si
p+
多余电子
磷原子
在常温下即可变为自由电子
失去一个电子变为正离子
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。
多数载流子（多子）：自由电子
少数载流子（少子）：空穴
1.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。
掺入三价元素
Si
Si
Si
Si
多子：空穴
少子：自由电子
B–
硼原子
接受一个电子变为负离子
空穴
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
1.2 PN结及其单向导电性
PN 结：P型半导体和N型半导体交界面的特殊薄层
1. PN 结加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
外电场
IF
P
N
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
–
多子在外电场作用下定向移动，形成较大的正向电流。
PN 结加正向电压时，正向电阻较小，处于导通状态。
–
+
2. PN 结加反向电压（反向偏置）
外电场
P接负、N接正
少子在外电场作用下定向移动，形成很小的反向电流。
PN 结加反向电压时，反向电阻较大，处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
P
N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
IR
1.3 半导体二极管
1.3.1 基本结构（一个PN结）
(a) 点接触型
(b)面接触型
结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。
结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。
(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。
阴极引线
阳极引线
二氧化硅保护层
P
型硅
N
型硅
(
c
)
平面型
金属触丝
阳极引线
N
型锗片
阴极引线
外壳
(
a
)
点接触型
铝合金小球
N
型硅
阳极引线
PN
结
金锑合金
底座
阴极引线
(
b
) 面接触型
二极管的结构示意图
阴极
阳极
(
d
)
符号
D
二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率二极管
大功率二极管
稳压
二极管
发光
二极管
如何辨别二极管的正负极
对于普通二极管，可以看管体表面，有白线的一端（或者是其他标记色环或荧光）为负极。
对于发光二极管，引脚长的为正极，短的为负极。如果引脚被剪得一样长了，发光二极管管体内部金属极较小的是正极，大的片状的是负极。
万用表调到欧姆档，进行调零后，将二极管接到万用表的两个表笔之间，若表盘指针指示的电阻值很小，说明二极管两端加的是正向电压，即黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极;反之，若表盘指针指示的电阻值很大，说明二极管两端加的是反向电压，黑表笔接的是二极管的负极，红表笔接的是正极。
二极管的实物图
1.3.2 伏安特性
硅管0.5V,
锗管0.1V。
反向击穿
电压U(BR)
导通压降
外加电压大于死区电压二极管才能导通。
外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。
正向特性
反向特性
特点：非线性
硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V
U
I
死区电压
P
N
+
–
P
N
–
+
反向电流在一定电压
范围内保持常数。
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通截止
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位
的高低或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正，二极管导通
若 V阳 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。
电路如图，求：UAB
V阳 =－6 V ， V阴 =－12 V
V阳 > V阴 ，二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V
否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
例1：
取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。
D
6V
12V
3k
B
A
UAB
+
–
解：
取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。
V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V
UD1 = 6V，UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， 钳位，使D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
例2:
流过 D2 的电流为
求：UAB
D2 ：钳位作用， D1：隔离作用。
B
D1
6V
12V
3k
A
D2
UAB
+
–
解：
（1） 电路
0V
0V
0V
0V
0V
3V
+U
12V
R
DA
DC
A
B
Y
DB
C
3V
3V
3V
0V
0V
3V
（1） 电路
0V
0V
0V
0V
0V
3V
3V
3V
3V
0V
3V
3V
-U
12V
R
DA
DC
A
B
Y
DB
C
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V
ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
已知：
二极管是理想的，试画出 uo 波形。
8V
例3：
二极管的用途：
整流、检波、
限幅、钳位、开
关、元件保护、
温度补偿等。
ui
18V
参考点
二极管阴极电位为 8 V
D
8V
R
uo
ui
+
+
–
–
解：
1.4 稳压二极管
1. 符号
UZ
IZ
IZM
UZ
IZ
2. 伏安特性
稳压管正常工作时加反向电压
使用时要加限流电阻
稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。
_
+
U
I
O
1.5.1 发光二极管(LED)
有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，为1.5V~3V，电流为几 ~十几mA
1.5 光电器件
1.5.2 光电二极管
反向电压作用下工作。无光照时为暗电流；有光照时为光电流。光电流随光照强度的增加而上升，但一般很小，只有几十微安，应用时须进行放大。
I
U
照度增加
符号
光电二极管
发光二极管
1.5.3 光电晶体管
用入射光控制集电极电流。无光照时为暗电流；有光照时为光电流，约零点几毫安到几个毫安。
E
C
光电晶体管
发光二极管实物图
光电二极管实物图
光电晶体管实物图
光电晶体管实物图