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《電工電子技術(shù)教學(xué)課件作者榮紅梅項目6制作電源指示燈電路.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、項目6制作電源指示燈電路6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識6.2半導(dǎo)體二極管6.3半導(dǎo)體三極管6.4場效應(yīng)管返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識6.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是一種純凈的半導(dǎo)體晶體。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。它們都是4價元素，其原子結(jié)構(gòu)的最外層軌道上有4個價電子，當把硅或鍺制成晶體時，它們是靠共價鍵的作用而緊密聯(lián)系在一起，如圖6-1所示。硅、鍺等具有與金剛石相同的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的一個重要特點是—每個原子有4個最鄰近原子，它們正好是一個正四面體的頂角位置。半導(dǎo)體一般都具有這種晶體結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也稱為晶體，這就是
2、晶體管名稱的由來。硅的原子序數(shù)為14，有14個電子繞核旋轉(zhuǎn)；鍺的原子序數(shù)為32，有32個電子繞核旋轉(zhuǎn)；二者最外層軌道上均有4個電子。外層電子離原子核最遠，受到的束縛最弱，稱為價電子。每一個原子的一個價電子與另一原子的一個價電子組成一個電子對。這對價電子是每兩個相鄰原子共有的。下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識這一對共價電子與兩個原子核都有吸引作用，稱為共價鍵。在絕對零度下，這種共價鍵結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，電子被牢牢束縛住。但在室溫和光照下，價電子受到熱激發(fā)和光照射就可獲得足夠的能量，擺脫共價鍵的束縛，成為自由電子，
3、這時共價鍵上留下一個缺位，鄰近的價電子隨時可跳過來填補缺位，從而使缺位轉(zhuǎn)移到鄰鍵上去。所以，缺位也是可以移動的。這種可以自由移動的缺位被稱為空穴，它帶正電。同時價電子也按一定的方向依次填補空穴，從而使空穴產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流。因此，在半導(dǎo)體晶體中存在兩種載流子，即帶負電的自由電子和帶正電的空穴，它們是成對出現(xiàn)的。因此，半導(dǎo)體是靠電子和空穴的移動來導(dǎo)電的。自由電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。上一頁下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識6.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，兩種載流子的濃度很低，因此導(dǎo)電性很差。若向晶體
4、中適量地摻入特定的雜質(zhì)來改變它的導(dǎo)電性，這種半導(dǎo)體被稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。摻雜后的半導(dǎo)體（雜質(zhì)半導(dǎo)體）的導(dǎo)電性能將大大增強。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體（電子為多數(shù)載流子）和P型半導(dǎo)體（空穴為多數(shù)載流子）。摻雜產(chǎn)生的載流子濃度基本不受溫度的影響。上一頁下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1．N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅或鍺中，摻入微量的5價元素如磷，由于摻入的數(shù)量極少，所以本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)不會改變，只是晶體結(jié)構(gòu)中某些位置上的硅（鍺）原子被磷原子所代替，當這些磷原子與相鄰的4個硅原子組成共價
5、鍵時，磷原子最外層有5個價電子，還多余一個自由電子。多余的電子在獲得外界能量時，比其他價鍵上的電子更容易脫離原子核的束縛而成為自由電子。因此在這種半導(dǎo)體中有更多的自由電子，這就顯著地提高了其導(dǎo)電能力。這種半導(dǎo)體以自由電子導(dǎo)電為主要導(dǎo)電方式，故稱它為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴是少數(shù)載流子（簡稱少子），如圖6-2所示。上一頁下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識2．P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅或鍺中，摻入微量的3價元素如硼，半導(dǎo)體中的某些原子被雜質(zhì)原子所代替，但是雜質(zhì)原子
6、的最外層只有3個價電子，它與周圍的原子形成共價鍵后，還多余一個空穴，因此使其中的空穴濃度遠大于自由電子的濃度。這種半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主要導(dǎo)電方式，故稱它為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，自由電子是少數(shù)載流子，空穴是多數(shù)載流子，如圖6-3所示。上一頁下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識6.1.3PN結(jié)1．PN結(jié)的形成通過現(xiàn)代工藝，在N型（P型）半導(dǎo)體的基片上，采用擴散工藝制造一個P型（N型）區(qū)，則在P區(qū)和N區(qū)之間的交界面附近，將形成一個很薄的空間電荷區(qū)，稱之為PN結(jié)對稱的PN結(jié)如圖6-4所示。在形成的P
7、N結(jié)中，由于兩側(cè)的電子和空穴的濃度相差很大，因此它們會產(chǎn)生擴散運動：電子從N區(qū)向P區(qū)擴散；空穴從P區(qū)向N區(qū)擴散。因為它們都是帶電粒子，它們向另一側(cè)擴散的同時在N區(qū)留下了帶正電的空穴，在P區(qū)留下了帶負電的雜質(zhì)離子，這樣就形成了空間電荷區(qū)，也就是形成了電場（內(nèi)電場）。它們的形成過程如圖6-5所示。上一頁下一頁返回6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識2．PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽赑N結(jié)兩端加不同方向的電壓，可以破壞它原來的平衡，從而使它呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。?）PN結(jié)外加正向電壓。PN結(jié)外加正向電壓的接法是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電
8、源的負極。這時外加電壓形成電場的方向與自建場的方向相反，從而使阻擋層變窄，擴散作用大于漂移作用，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴散形成正向電流（方向是從P區(qū)指向N區(qū)）。在一定范圍內(nèi)，外電場愈強，正向電流愈大，這時PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。正向電流包括空穴電流和電子電流兩部分?？昭ê碗娮与m然帶有不同極性的電荷，但由于它們的運動方向相反，所以電流方向一致。外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持，如圖6-6（a）所示。上一頁下一頁返回6.1
