汽车电工电子第六章半导体PPT

1主讲:张闽临赣州华坚科技职业学校（第六章常用半导体元件）汽车电工与电子基础2本章要求：一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；二、了解二极管、三极管和晶闸管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有以上半导体元件的电路。6.1概述导体、半导体和绝缘体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。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。36.2.1本征半导体本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。4GeSi6.2.2本征半导体的导电机理1.载流子、自由电子和空穴在绝对0度（-273.15℃）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴5本征半导体的导电机理6+4+4+4+4+4自由电子束缚电子空穴本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度：温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。6.2.3杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。7一、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为带正电的自由电子，二、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个带负电的空穴。8掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。6.2.3PN结PN结的形成9在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。一、PN结正向偏置10PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流，PN结变薄。变薄二、PN结反向偏置PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。11变厚PN结——单向导电126.2半导体二极管8.2.1基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管，用塑料、玻璃和金属封装外壳。136.2.2半导体二极管的结构141.点接触型二极管3.平面型二极管的结构2.面接触型二极管的结构6.2.2伏安特性15正向电压分死区，硅管为0.5V，超过死区电压后电流增大，二极管导通。反向电压只有很小的电流，二极管不导通。超过击穿电压才导通。6.2.3主要参数1.最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。4.二极管的极间电容168.2.4特种二极管171、稳压二极管稳压——当反向电压达到或超过稳压值时，反向电流增大，反向电压被稳定在稳压值上。2、发光二极管18发光二极管用特殊半导体材料（如砷化镓）制成的可发光的二极管。常用二极管196.3.1半导体三极管基本结构三极管分为NPN和PNP两种，作用分为开关、放大等。共有3个引脚，分别是B（基极），C（集电极），E（发射极）。20三极管放大原理21CEB6.3.3三极管放大原理IB/mA00.020.040.060.08IC/mA0.0010.701.502.303.10IE/mA0.0010.721.542.363.1822三极管工作特点是：发射结正向偏置，集电结反向偏置,实验得出以下数据:mAmAmA6.3.4输入特性曲线23输入特性曲线是在保持集电极与发射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与基极射极间电压UBE的关系曲线。它反映了晶体管输入回路中电压与电流的关系6.3.5输出特性曲线24三极管的工作状态可分为截止区、饱和区和放大区。6.3.6输出特性三个区域的特点:(1)放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：Ic=βIB,且ΔIc=βIbΔ(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE，βIBIC，UCE≈0.3V(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏。UBE死区电压，IB=0，IC=ICEO≈0256.3.7主要参数261、电流放大倍数和β：分直流放大倍数和交流电流放大倍数。2、集-射极反向截止电流ICEO；3、集电极最大电流ICM；4、集-射极反向击穿电压U（BR）CEO；5、集电极最大允许功耗PCM：集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热。6、集-基极反向截止电流ICBO：ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。27电子管常用三极管286.5.1晶闸管的结构与符号29晶闸管由四层半导体组成，分别为PNPN，3个PN结，3个脚为阳极、控制极（门极）和阴极。俗称“电子开关”。6.5.2单向晶闸管工作原理301、正向阻断：控制极不通电，晶闸管不通。2、正向导通：控制极通电，晶闸管导通。控制极断开，晶闸管仍导通。3、反向阻断：控制极通电与否，晶闸管都不通。4、晶闸管断开：只有在主电源中断或电流低于维持电流时，晶闸管才能断开。（1）（2）（4）（3）31单向晶闸管工作原理：内部分析工作过程：当晶闸管承受正朝阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失往阻挡作用。图b中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流进时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。维持电流Ih导通电流（1）6.5.3晶闸管（可控硅）的定义普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。特性：1、晶闸管具有可控性。2、晶闸管具有单向导电性。3、晶闸管一但导通，门极便失去控制作用。32晶闸管的参数1、正向平均管压降Uf2、最小触发电压Uc:3、额定正向平均电流It:4、维持电流Ih:33常用晶闸管34平板式模块式KP螺旋式水冷式晶闸管电路与用途35整流器调压器控制交直流弧焊机6.6集成电路36集成电路（integratedcircuit，缩写：IC）是采用半导体制作工艺，在一块较小的硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线方法将元器件组合成完整的电子电路。3737芯片（Chip）指没有封装的单个集成电路硅片（Wafer）包含成千上百个芯片的大圆硅片38IC制造流程芯片设计晶圆制造芯片封装芯片测试芯片制造光罩制造上游：设计中游：制造下游：封测39IC测试厂硅原料拉晶切割研磨清洗晶圆材料厂电路设计CADTapeout电路设计公司Reticle制作光罩制作厂硅片投入刻号清洗氧化化学气相沉积金属溅镀护层沉积蚀刻离子植入/扩散光阻去除WAT测试微影(光阻)(曝光)(显影)光罩投入集成电路制造厂硅片针测IC测试BurninIC封装厂封装打线切割客户40产业热点MEMS微机电系统SmartTVSmartPhone&Pad汽车电子结束41电话：[phone]