先糾正一下,半導(dǎo)體指的是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)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(dǎo)體都是說半導(dǎo)體材料,三極管、二極管是半導(dǎo)體器件。
不管哪個,種類都挺多的,抽常見的說一下。
半導(dǎo)體材料,最基本的有三種類型:本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體。
本征半導(dǎo)體:材料完全純凈,不含雜質(zhì),晶格完整,因為內(nèi)部的共價鍵被本征激發(fā)(部分價帶中的電子越過禁帶進(jìn)入空帶,形成能在外部電場下自由移動的電子和空穴)而導(dǎo)電。想要理解半導(dǎo)體的導(dǎo)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(dǎo)電就是自由電子(帶負(fù)電)的移動,空穴導(dǎo)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(dǎo)體:向本征半導(dǎo)體中摻雜一定量的磷等五價元素的雜質(zhì)(施主雜質(zhì)),由于原子最外層電子數(shù)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(yuǎn)比價態(tài)的電子要低,所以N型半導(dǎo)體材料導(dǎo)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(dǎo)體材料導(dǎo)電過程示意圖(來自百度)
P型半導(dǎo)體:向本征半導(dǎo)體中摻雜一定量的硼等三價元素的雜質(zhì)(受主雜質(zhì)),由于原子最外層電子數(shù)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(dǎo)體材料導(dǎo)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(dǎo)體材料導(dǎo)電過程示意圖(來自百度)
講完半導(dǎo)體材料再來講一下半導(dǎo)體器件中最基本的結(jié)構(gòu)——PN結(jié)。
顧名思義,PN結(jié)就是將一塊P型半導(dǎo)體材料和一塊N型半導(dǎo)體材料組合在一起(換句話說把一塊本征半導(dǎo)體材料的兩個部分分別進(jìn)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(dǎo)體材料的接觸面上,由于多子濃度不同產(chǎn)生擴(kuò)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(fù)電,N型材料因失去電子而帶上正電,這樣子在半導(dǎo)體內(nèi)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(kuò)散運動方向相反,抑制多子的擴(kuò)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(shù)載流子電子向N型區(qū)漂移,漂移運動的方向正好與擴(kuò)散運動的方向相反。
從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)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(bǔ)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(nèi)電場減弱。
最后擴(kuò)散與漂移達(dá)到動態(tài)平衡,形成了一個離子薄層,即PN結(jié)。

圖3 PN結(jié)導(dǎo)電原理示意圖
PN結(jié)就是二極管的基礎(chǔ)。
顯然,當(dāng)P區(qū)加正電壓,N區(qū)加負(fù)電壓時,漂移運動被抑制,擴(kuò)散運動增強(qiáng),此時載流子主要為多子,導(dǎo)電性能強(qiáng),器件導(dǎo)通;當(dāng)P區(qū)加負(fù)電壓,N區(qū)加正電壓時,擴(kuò)散運動被抑制,漂移運動增強(qiáng),此時載流子主要為少子,導(dǎo)電性能弱強(qiáng),器件關(guān)斷,僅有極小的反向?qū)娏鳌?
簡單講完了半導(dǎo)體器件基礎(chǔ),再來講常見的半導(dǎo)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(dǎo)型晶閘管RCT、光控晶閘管LCT、雙向晶閘管TRIAC)
2.雙極結(jié)型體管BJT(Bipolar Junction Transistor)
3.J型場效應(yīng)管JFET(Junction gate Field Effect Transistor)
4.金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 MOSFET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)
5.V型槽場效應(yīng)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(guān)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(jié)論,有疑問自己直接百度吧。
根據(jù)開關(guān)器件開通、關(guān)斷可控性的不同,開關(guān)器件可以分為三類:
1.不可控器件:僅二極管是不可控開關(guān)器件。
2.半控器件:僅SCR屬于半控器件。可以控制其導(dǎo)通起始時刻,一旦導(dǎo)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(qū)動信號既能控制其開通又能控制其關(guān)斷。
根據(jù)開通和關(guān)斷所需門極(柵極)驅(qū)動信號的不同要求,開關(guān)器件又可分為電流控制型開關(guān)器件和電壓控制型開關(guān)器件兩大類:
(1)SCR、 BJT和GTO為電流驅(qū)動控制型器件;
(2)MOSFET、 IGBT均為電壓驅(qū)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(dāng)基極電流為零后, BJT關(guān)斷。為加速其關(guān)斷,要提供負(fù)的脈沖電流。
MOSFET和IGBT要求有正的持續(xù)的驅(qū)動電壓使其開通并保持為通態(tài),要求有負(fù)的、持續(xù)電壓使其關(guān)斷并保持為可靠的斷態(tài)。
電壓型驅(qū)動器件的驅(qū)動功率都遠(yuǎn)小于電流型開關(guān)器件,驅(qū)動電路也比較簡單可靠。
