半导体二极管及其科学应用ppt课件.ppt

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1、第五章半导体二极管及其应用电路5.1半导体的基础知识5.2半导体二极管5.3单相整流滤波电路5.4稳压二极管及其稳压电路5.1半导体的基本知识5.1.1半导体材料5.1.2本征半导体5.1.3杂质半导体半导体的导电机制5.1.4PN结的形成及特性5.1.1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。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。5.1.2本征半导体硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构1、半导体的共价键结构5.1.2本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。

2、电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。2、本征半导体中的载流子5.1.2本征半导体本征半导体中虽然存在两种载流子，但因本征载流子的浓度很低，所以总的来说导电能力很差。T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm32本征半导体的载流子浓度，除与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。因此，本征载流子的浓度对温度十分敏感。5.1.3杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元

3、素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm312某种掺杂半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。5.1.3杂质半导体N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。1.N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导

4、体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。3.杂质对半导体导电性的影响T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度

5、基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3掺入杂质，不仅本征半导体的导电能力有很大的提高，而且使其导电特性的稳定性（主要对温度变化）更强。4.杂质半导体载流子的漂移运动和扩散运动漂移运动：在电场作用下半导体中载流子的定向运动。漂移运动产生的电流称为漂移电流。当半导体局部光照或有载流子从外界流入，半导体内载流子浓度分布将不均匀，载流子会从浓度高的区域向浓度低的区域运动。扩散运动：因浓度差而引起载流子的定向运动.扩散运动产生的电流称为扩散电流。半导体的载流子的运动是杂乱无章的热运动，不形成电流.5.1.4PN结的形成及特性1

6、.PN结的形成2.PN结的单向导电性3.PN结的其他特性4.PN结的高频等效电路及最高工作频率1.PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时，将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成PN结。将在N型和P型半导体的结合面上发生如下物理过程:因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区2.PN结的单向导电性

7、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结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况低电阻大的正向扩散电流2.PN结的单向导电性当外加电压使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。(2)PN结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况高电阻很小的反向漂移电流在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有