先糾正一下,半導體指的是導電能力介于導體和絕緣體之間的材料,常見的有硅、鍺、碳化硅、氮化鎵等,一般說半導體都是說半導體材料,三極管、二極管是半導體器件。
不管哪個,種類都挺多的,抽常見的說一下。
半導體材料,最基本的有三種類型:本征半導體、P型半導體、N型半導體。
本征半導體:材料完全純凈,不含雜質,晶格完整,因為內部的共價鍵被本征激發(fā)(部分價帶中的電子越過禁帶進入空帶,形成能在外部電場下自由移動的電子和空穴)而導電。想要理解半導體的導電特性就必須要有這么一個電子-空穴對的概念,簡單來講,電子導電就是自由電子(帶負電)的移動,空穴導電就是共價鍵中的電子移動到附近的空穴中,表現(xiàn)為空穴(帶正電)在移動。
N型半導體:向本征半導體中摻雜一定量的磷等五價元素的雜質(施主雜質),由于原子最外層電子數比硅等材料要多,在形成共價鍵之后還會多余出一個電子,這個電子的激發(fā)能量遠比價態(tài)的電子要低,所以N型半導體材料導電以自由電子為主(還是存在少量空穴),這個過程中材料仍為電中性。
圖1 N型半導體材料導電過程示意圖(來自百度)
P型半導體:向本征半導體中摻雜一定量的硼等三價元素的雜質(受主雜質),由于原子最外層電子數比硅等材料要少,在形成共價鍵之后還會多余出一個空穴,這個空穴的能級接近價帶中的電子能級,價帶中的電子很容易受激發(fā)遷移到這里,所以N型半導體材料導電以空穴載流子為主(還是存在少量電子),這個過程中材料仍為電中性。
圖2 P型半導體材料導電過程示意圖(來自百度)
講完半導體材料再來講一下半導體器件中最基本的結構——PN結。
顧名思義,PN結就是將一塊P型半導體材料和一塊N型半導體材料組合在一起(換句話說把一塊本征半導體材料的兩個部分分別進行P型、N型的摻雜)。
N型區(qū)電子多(即多子)空穴少(即少子),P型區(qū)空穴多(即多子)電子少(即少子)。
在不同半導體材料的接觸面上,由于多子濃度不同產生擴散運動,P型材料中的空穴和N型材料中的電子會形成電子-空穴對(電中性),P型材料因失去空穴(接受電子)而帶上負電,N型材料因失去電子而帶上正電,這樣子在半導體內部會形成一個空間電荷區(qū)。
空間電荷區(qū)的電場方向與多子的擴散運動方向相反,抑制多子的擴散,同時這個電場將使N型區(qū)的少子空穴向P型區(qū)漂移,使P型區(qū)的少數載流子電子向N型區(qū)漂移,漂移運動的方向正好與擴散運動的方向相反。
從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補充了原來交界面上P區(qū)所失去的空穴,從P區(qū)漂移到N區(qū)的電子補充了原來交界面上N區(qū)所失去的電子,這就使空間電荷減少,內電場減弱。
最后擴散與漂移達到動態(tài)平衡,形成了一個離子薄層,即PN結。
圖3 PN結導電原理示意圖
PN結就是二極管的基礎。
顯然,當P區(qū)加正電壓,N區(qū)加負電壓時,漂移運動被抑制,擴散運動增強,此時載流子主要為多子,導電性能強,器件導通;當P區(qū)加負電壓,N區(qū)加正電壓時,擴散運動被抑制,漂移運動增強,此時載流子主要為少子,導電性能弱強,器件關斷,僅有極小的反向導通電流。
簡單講完了半導體器件基礎,再來講常見的半導體器件類型。
主要有:
1.晶閘管及其派生器件(逆阻型晶閘管SCR、逆導型晶閘管RCT、光控晶閘管LCT、雙向晶閘管TRIAC)
2.雙極結型體管BJT(Bipolar Junction Transistor)
3.J型場效應管JFET(Junction gate Field Effect Transistor)
4.金屬氧化物半導體場效應晶體管 MOSFET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)
5.V型槽場效應管 VMOS (Vertical Metal Oxide Semiconductor )
6 絕緣門極雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)
7.門極可關斷晶閘管GTO(Gate-Turn-Off Thyristor)
8.MOS控制晶閘管MCT(MOS-Controlled Thyristor)
9.集成門極換流晶閘管IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor)
因為太多,所以直接上結論,有疑問自己直接百度吧。
根據開關器件開通、關斷可控性的不同,開關器件可以分為三類:
1.不可控器件:僅二極管是不可控開關器件。
2.半控器件:僅SCR屬于半控器件??梢钥刂破鋵ㄆ鹗紩r刻,一旦導通后, 仍會繼續(xù)處于通態(tài)。
3.全控型器件: BJT、 GTO、 MOSFET、 IGBT是全控型器件,即通過門極(或基極或柵極)驅動信號既能控制其開通又能控制其關斷。
根據開通和關斷所需門極(柵極)驅動信號的不同要求,開關器件又可分為電流控制型開關器件和電壓控制型開關器件兩大類:
(1)SCR、 BJT和GTO為電流驅動控制型器件;
(2)MOSFET、 IGBT均為電壓驅動控制型器件。
BJT要求有正的、持續(xù)的基極電流開通并保持為通態(tài),當基極電流為零后, BJT關斷。為加速其關斷,要提供負的脈沖電流。
MOSFET和IGBT要求有正的持續(xù)的驅動電壓使其開通并保持為通態(tài),要求有負的、持續(xù)電壓使其關斷并保持為可靠的斷態(tài)。
電壓型驅動器件的驅動功率都遠小于電流型開關器件,驅動電路也比較簡單可靠。






