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半导体的特性
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半导体材料展厅
硅, 硒粉, 碲, 镓, ...
半导体的导电性能比导体差而比绝缘体强。实际上,半导体与导体、绝缘体的区别在不仅在于导电能力的不同,更重要的是半导体具有独特的性能(特性)。

1. 在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质,半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。例如,晶体管就是利用这种特性制成的。

2. 当环境温度升高一些时,半导体的导电能力就显著地增加;当环境温度下降一些时,半导体的导电能力就显著地下降。这种特性称为“热敏”,热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。

3. 当有光线照射在某些半导体时,这些半导体就像导体一样,导电能力很强;当没有光线照射时,这些半导体就像绝缘体一样不导电,这种特性称为“光敏”。例如,用作自动化控制用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等,就是利用半导体的光敏特性制成的。

由此可见,温度和光照对晶体管的影响很大。因此,晶体管不能放在高温和强烈的光照环境中。在晶体管表面涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。最后,明确一个基本概验:所谓半导体材料,是一种晶体结构的材料,故“半导体”又叫“晶体”。

P性半导体和N型半导体----前面讲过,在纯净的半导体中加入一定类型的微量杂质,能使半导体的导电能力成百万倍的增加。加入了杂质的半导体可以分为两种类型:一种杂质加到半导体中去后,在半导体中会产生大量的带负电荷的自由电子,这种半导体叫做“N型半导体”(也叫“电子型半导体”);另一种杂质加到半导体中后,会产生大量带正电荷的“空穴”,这种半导体叫“P型半导体”(也叫“空穴型半导体”)。例如,在纯净的半导体锗中,加入微量的杂质锑,就能形成N型半导体。同样,如果在纯净的锗中,加入微量的杂质铟,就形成P型半导体。

一个PN结构成晶体二极管----设法把P型半导体(有大量的带正电荷的空穴)和N型半导体(有大量的带负电荷的自由电子)结合在一起,见图1所示。

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图1

在P型半导体的N型半导体相结合的地方,就会形成一个特殊的薄层,这个特殊的薄层就叫“PN结”。晶体二极管实际上就是由一个PN结构成的(见图1)。

例如,收音机中应用的晶体二极管,其触丝(即触针)部分相当于P型半导体,N型锗片就是N型半导体,他们之间的接触面就是PN结。P端(或P端引出线)叫晶体二极管的正端(也称正极)。N端(或N端引出线)叫晶体二极管的负端(也称负极)。

如果像图2那样,把正端连接电池的正极,把负端接电池的负极,这是PN结的电阻值就小到只有几百欧姆了。因此,通过PN结的电流(I=U/R)就很大。这样的连接方法(图2a)叫“正向连接”。正向连接时,晶体管二极管(或PN结)两端承受的电压叫“正向电压”;处在正向电压下,二极管(或PN结)的电阻叫“正向电阻”,在正向电压下,通过二极管(或PN结)的电流叫“正向电流”。很明显,因为晶体二极管的正向电阻很小(几百欧姆),在一定正向电压下,正向电流(I=U/R)就会很大----这表明在正向电压下,二极管(或PN结)具有像导体一样的导电本领。

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图2a 图2b

反过来,如果把P端接到电池的负极,N端接到电池的正极(见图2b)。这时PN结的电阻很大(大到几百千殴),电流(I=U/R)几乎不能通过二极管,或者说通过的电流很微弱。这样的连接方法叫“反向连接”。反向连接时,晶体管二极管(或PN结)两端承受的电压叫“反向电压”;处在反向电压下,二极管(或PN结)的电阻叫“反向电阻”,在反向电压下,通过二极管(或PN结)的电流叫“反向电流”。显然,因为晶体二极管的正向电阻很大(几百千欧姆),在一定的反向电压下,正向电流(I=U/R)就会很小,甚至可以忽略不计,----这表明在一定的反向电压下,二极管(或PN结)几乎不导电。

上叙实验说明这样一个结论:晶体二极管(或PN结)具有单向导电特性。

晶体二极管用字母“D”代表,在电路中常用图3的符号表示,即表示电流(正电荷)只能顺着箭头方向流动,而不能逆着箭头方向流动。图3是常用的晶体二极管的外形及符号。

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图3

利用二极管的单向导电性可以用来整流(将交流电变成直流电)和检波(从高频或中频电信号取出音频信号)以及变频(如把高频变成固定的中频465千周)等。

PN结的极间电容----PN结的P型和N型两快半导体之间构成一个电容量很小的电容,叫做“极间电容”(如图4所示)。由于电容抗随频率的增高而减小。所以,PN结工作于高频时,高频信号容易被极间电容或反馈而影响PN结的工作。但在直流或低频下工作时,极间电容对直流和低频的阻抗很大,故一般不会影响PN结的工作性能。PN结的面积越大,极间电容量越大,影响也约大,这就是面接触型二极管(如整流二极管)和低频三极管不能用于高频工作的原因。

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图4

(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/11/2007)
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