半导体二极管及其基本电路

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1、第3章、半导体二极管及其基本电路3-1半导体的基本知识导体：铜，银，铝，铁……绝缘体：云母，陶瓷，塑料，橡胶……半导体：硅，锗……半导体得以广泛应用，是因为其导电性能会随外界条件的变化而产生很大的变化。3-1-1半导体材料温度：温度上升，电阻率下降。锗由20℃上升到30℃，电阻率降低一半。掺杂：掺入少量的杂质，会使电阻率大大降低。纯硅中掺入百万分之一的硼，电阻率由2.3×105·cm降至0.4·cm。光照：光照使电阻率降低。利用半导体的这些特性制成了各种各样的半导体器件。引起导电性能产生很大变化的外界

2、条件有：3-1-2锗、硅晶体的共价键结构1、原子结构硅+14锗+32共同特点：最外层具有4个价电子。+42晶格与共价键半导体的共价键结构处于共价键中的电子称为束缚电子，能量小，不能参与导电。2-1-3本征半导体与本征激发本征半导体：高度纯净，结构完整的半导体。本征激发：束缚电子获得一定的能量，脱离共价键的束缚而成为自由电子的现象。(锗0.67ev硅1.1ev)认为空穴带正电荷，电荷量等于电子电荷量。自由电子失去能量，重新回到共价键上，称为复合。本征激发后，共价键中留下的空位叫空穴。本征激发产生自由电子和空

3、穴对。空穴空穴的运动半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。半导体中的电流是电子流和空穴流之和。在本征半导体中自由电子数总等于空穴数，且浓度很低，导电能力差。本征激发产生的载流子浓度随温度增加急剧增大。束缚电子填补空穴的运动称空穴的运动。硅原子外层电子比锗离核近，受原子核束缚力大，在同样温度下本征激发小，温度稳定性好。3-1-4杂质半导体P型半导体在本征半导体中掺入微量3价元素（如硼）形成。+4+3+4+4+4空穴-----多数载流子（多子）电子-----少数载流子（少子）本征激发产生电子-空穴对。每一个三

4、价杂质原子产生一个空穴-负离子对。杂质元素使共价键上缺少1个电子三价杂质称为受主杂质。杂质原子获得一个电子成为负离子。硅原子的共价键上缺少一个电子形成空穴2N型半导体在本征半导体中掺入少量的五价元素（如磷）形成。杂质原子多余的一个价电子容易挣脱原子核的束缚变成自由电子。每一个5价杂质原子产生一个电子-正离子对。本征激发：电子-空穴对。杂质原子失去一个电子成为正离子。5价杂质-----施主杂质电子-----多子载流子空穴-----少子载流子结论◆掺杂会大大提高半导体中载流子浓度，使导电性能大增。◆掺入五价杂

5、质产生N型半导体（电子型半导体）。多子—电子、少子—空穴。◆掺入三价杂质产生P型半导体（空穴型半导体）。多子—空穴、少子—电子。◆多子浓度近似等于杂质浓度，少子浓度与温度密切相关。3-2PN结的形成及特性1、PN结的形成浓度差产生多子的扩散运动，扩散破坏了原来的电中性,P区失去空穴，留下负离子。N区失去电子，留下正离子。正负离子的数量相等。npPN在P区和N区交界面附近，形成由不能移动的正负离子组成的区间称空间电荷区，也称PN结区。PN结区空间电荷区宽度与杂质浓度成反比。内建电场由空间电荷形成的电场。

6、内建电场阻止多子的扩散运动。耗尽层PN结内由于扩散与复合，使载流子几乎被耗尽，是高阻区。也称为阻挡层。结区EPN漂移运动载流子在电场作用下产生的运动。内建电场有利于少子的漂移运动。扩散与漂移达到动态平衡时，形成PN结。动态平衡时流过PN结的总电流为0。Vo:硅0.6～0.8V锗0.1～0.3VPN结区EV0电位分布图-qV0电子势能分布图势垒区空间电荷在结区内形成电位差，称接触电位差或结电压2.2.2PN结的单向导电性(1)外加正向电压内电场外电场正向偏置:P区接电源＋端N区接电源－端①在外电场的作用下P

7、区空穴向结区运动，中和部分负离子。N区自由电子向结区运动，中和部分正离子。∴空间电荷减少，结区变窄。VF③原来的动态平衡被打破,多子的扩散电流远大于少子的漂移电流，产生较大的正向电流IF。②P区、N区为低阻区，结区为高阻区，所以外加电压主要加在结区，抵消内电场的作用。∴结内电位差减小，势垒减小。VFV0V0-VF外加电压很小变化，将引起电流的较大变化。PN结正向导通，其正向导通电阻很小。(2)外加反向电压内电场VR外电场反向偏置:P区接电源－端，N区接电源＋端。②结内电位差增加，势垒提高。①P区的空穴，N

8、区的自由电子，均背离结区运动，致使：空间电荷增加，结区变宽。V0V0+VR③多子的扩散电流趋于0，由少子的漂移电流产生反向电流。少子浓度很小，所以反向电流很小。PN结反向截止，反向截止电阻很大。少子由本征激发产生，其浓度与材料及温度有关，所以反向电流几乎与反向电压的大小无关，而随温度增加急剧增大结论:◆加正向电压，很小的电压能产生较大的电流，外加电压很小变化，将引起电流的较大变化。◆加反向电压，只能产生微小的反向电流，且反向电