历史不会重演，但总会惊人的相似；

世界在发展

环境在变化

科技在进步

电磁感应加热势必会取代传统的火焰加热及陶瓷片加热；

下面青岛海越机电科技有限公司高级工程师对感应加热电源内部的重要电子元器件半导体晶体管的讲解

半导体元器件的发展

年贝尔实验室制成第一只晶体管

年集成电路

年大规模集成电路

年超大规模集成电路

科学家预测，集成度还将按10倍/6年的速度增长，到或年达到饱和。

值得纪念的几位科学家！

第一只晶体管的发明者

（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）

他们在年11月底发明了晶体管，并在12月16日正式宣布“晶体管”诞生。年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于年第二次获得诺贝尔物理学奖。

第一个集成电路及其发明者（JackKilbyfromTI）

年9月12日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。42年以后，年获诺贝尔物理学奖。“为现代信息技术奠定了基础”。

1.1半导体基础知识

1.半导体材料

根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

导体：ρ

绝缘体：ρΩ·cm

半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。

常用的元素半导体材料有硅Si和锗Ge，此外，还有化合物半导体砷化镓GaAs等。

2.半导体的晶体结构

半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的电子（价电子）数均为4。

3.本征半导体

本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。

本征激发(热激发）受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，称之为本征激发（热激发）

图1.1.2本征激发示意图

空穴：共价键中的空位。

电子空穴对：由本征激发（热激发）而产生的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对。

载流子：能够参与导电的带电粒子。

半导体中载流子的移动

如图1.1.3所示。从图中可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电场下，形成定向运动，从而产生电流。所以，在半导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。

图1.1.3半导体中载流子的运动

4.杂质半导体

杂质半导体：在本征半导体中参入微量的杂质形成的半导体。根据参杂元素的性质，杂质半导体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半导体。由于参杂的影响，会使半导体的导电性能发生显著的改变。

P型半导体在本征半导体中参入微量三价元素的杂质形成的半导体，常用的三价元素的杂质有硼、铟等。

受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。

多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，所以控制参杂的浓度，便可控制空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子，简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。

N型半导体：在本征半导体中参入微量五价元素的杂质形成的半导体，常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。

施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。

在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空穴为少数载流子。

5.PN结

一.PN结的形成

在一块本征半导体上，在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型半导体和N型半导体的结合面叫做PN结。

二.PN结的单向导电性

正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

1.PN结加正向电压

PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通。

2.PN结加反向电压

PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。

PN结的单向导电性

PN结加正向电压（正偏）时导通；加反向电压（反偏）时截止的特性，称为PN结的单向导电性。

4.PN结的反向击穿特性

反向击穿：当反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加的现象称为反向击穿（电

击穿）。若不加限流措施，PN结将过热而损坏，此称为热击穿。电击穿是可逆的，而热击穿是不可逆的，应该避免。

反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。

雪崩击穿：当反向电压增加时，空间电荷区的电场随之增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大，当它们与晶体中的原子发生碰撞时，足够大的能量将导致碰撞电离。而新产生的电子-空穴对在电场的作用下，同样会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子-空穴对，形成载流子的倍增效应。当反向电压增加到一定数值时，这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快，使反向电流急剧增加，于是导致了PN结的雪崩击穿。

齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。在较高的反向电压作用下，空间电荷区的电场变成强电场，有足够的能力破坏共价键，使束缚在共价键中的电子挣脱束缚而形成电子-空穴对，造成载流子数目的急剧增加，从而导致了PN结的齐纳击穿。

四.PN结的电容效应

1.势垒电容Cb

PN结外加电压变化，空间电荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电压增加或减少，呈现出电容充放电的性质，其等效的电容称之为势垒电容Cb。当PN结加反向电压时，Cb明显随外加电压变化，利用该特性可以制成各种变容二极管。

2.扩散电容Cd

PN结外加正向电压变化，扩散区的非平衡少子的数量将随之变化，扩散区内电荷的积累与释放过程，呈现出电容充放电的性质，其等效的电容称之为扩散电容Cd。

结电容Cj=Cb+Cd

反偏时，势垒电容Cb为主；正偏时，扩散电容Cd为主。低频时忽略，只有频率较高时才考虑结电容的作用。

1.1晶体三极管

1.双极型晶体管的结构及类型

双极型晶体管的结构如图1.3.1所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。

结构特点：

（1）基区很薄，且掺杂浓度很低；

（2）发射区的掺杂浓度远大于基区和集电区的掺杂浓度；

（3）集电结的结面积很大。

上述结构特点构成了晶体管具有放大作用的内部条件。

双极型晶体管的常见外形图如图1.3.2所示。

2.晶体管的电流放大作用

（1）晶体管具有放大作用的外部条件

发射结正偏，集电结反偏。对于NPN管，VCVBVE；对于PNP管，VEVBVC。

（2）晶体管内部载流子的运动

发射区：发射载流子；集电区：收集载流子；基区：传送和控制载流子

以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。

3.晶体管的共射特性曲线

（1）输入特性曲线iB=f(vBE)vCE=const

（2）输出特性曲线iC=f(vCE)iB=const

图1.3.7晶体管的输出特性曲线

4.晶体管的主要参数

（1）直流参数

(a)共射直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const

5.温度对晶体管特性及参数的影响

（1）温度对ICBO的影响

(a)ICBO是集电结外加反向电压平衡少子的漂移运动形成的；

(b)温度升高10oC，ICBO增加约一倍;

(c)硅管的ICBO比锗管小得多，所以受温度的影响也小得多。

（2）温度对输入特性的影响

温度升高1oC，VBE减小约2~2.5mV，具有负的温度系数。若VBE不变，则当温度升高时，iB将增大，正向特性将左移；反之亦然。

（3）温度对输出特性的影响

温度升高，rIC增大，b增大。温度每升高1oC，b要增加0.5%~1.0%

6.光电三极管

光电三极管依照光照的强度来控制集电极电流的大小，其功能等效于一只光电二极管与一只晶体管相连。

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