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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；
下面是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
培训题目：半导体基础知识——晶体管
主讲人：研发部高级工程师 刘博士
半导体元器件的发展
1947年 贝尔实验室制成第一只晶体管
1958年 集成电路
1969年 大规模集成电路
1975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2015或2020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（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）他们在1947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。1956年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于1972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（ Jack Kilby from TI ）1958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， 2000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<10－4Ω·cm
绝缘体：ρ>109Ω·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。
三. 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， VC> VB> VE；对于PNP管， VE> VB> VC。
（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 (Bipolar Junction Transistor)。
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)½ vCE=const
（2）输出特性曲线 iC=f(vCE)½ 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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