《电子技术讲议》word版

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1、]]]]]]]]]]]]]]]]]]]電子技術講議1二极體二极體(管)是電子電路中應用很廣泛的電子元件,本節介紹二极管的微觀特征,電學特性及簡單的電路應用.1.1二极體的微觀特征1)P-N結制造半導體的常用材料為單晶硅和單晶鍺,這種由單一的硅(或鍺)原子構成的晶體稱為本征半導體.硅和鍺都是四價元素,成晶體時每個原子外層的四個價電子都與鄰近的原子形成共價鍵的結構,示意圖如下:處于共價健上的某些電子在接受外界能量后可以脫離共價鍵的束縳成為自由電子.價電子脫離束縳成為自由電子后該電子原來位置上會出現一

2、個空位,這個空位稱為空穴,空穴表示在該處缺少了一個電子.丟失電子的原子顯正電,稱為正離子,故在分析時信人空穴是一個帶正電的粒子.在本征半導體內,自由電子和空穴是成對出現的,自由電子帶負電,空穴帶正電.二者所帶電量相等,符號相反.自由電子和空穴都是載運電荷的粒子,稱為荷流子.自由電子和空穴在電場力的作用下產生定向運動,載流子在電場力作用下的定向運動稱為漂移運動.本征半導體內的電流就是由這樣兩種載流子的漂移運動形成的.在本征半導體內參與導電的粒子有兩種----自由電子和空穴.在本征半導體內,脫離共價

3、鍵的電子成為自由電子后也可能填補某個代穴,使離子恢復電中性,這個過程稱為復合.一般情況下本征半導體內的載流子數目有限,為增強它的導電性,可以在本征半導體內摻雜,以提高導電能力.向硅(或鍺)單晶體內注入少量雜質元素后可使它的導電性能提高.例如,向硅單晶體內注入五價的砷(或磷)雜質元素后,注入的砷原子在硅單晶內取代某些硅原子的位置並與其它硅原子結成共價鍵.因砷原子外層有五個價電子,因此每注入一個砷原子就會多佘一個電子,如下圖.而注入的砷原子失去一個電子后就成為固定在晶格中不能移動動的正離子.本征半導

4、體注入五價原子越多半導體內的自由電子數也越多,導電性能得到改善.摻入五價雜質的半導體,其自由電子的數目要比空穴數目多出許多,載流子中自由電子占多數,空穴占少數.這種多數載流子是自由電子的摻雜半導體稱為N型半導體.用上圖b)表示,符號的意思是,每注入一個五價的砷原子就會出現一個帶正電的離子和一個自由電子.因此,N型半導體從總體上看仍然是電中性的.為增強本征半導全的導電性,也可以向它注入三價元素的鋁(或硼).注入的鋁原子了取代了某些硅原子的位置,如下圖a)所示,每注入一個鋁原子就會出現一個空穴,當鄰

5、近的價電子填補這個空穴后,使得注入的雜質原子成為帶負電的離子,同時出現一個空穴.本征半導體摻入三價元素的雜質后,多數載流子是空穴,自由電子是少數,多數載流子是空穴的半導體稱為p型半導體,P型半導體的符號如圖b)所示,符號的意思昌每注入一個三價鋁原子就會出現一個帶負電的離子和一個空穴.同樣p型半導體從總體看仍然是電中性的.2)P-N結的形成當P型半導體和N型半導體通過物理,化學的方法有機的結為一體后,在兩種半導體的交界處就形成了P-N結.P-N結具有非線性電阻的持性,可以制成整流元件,並且是構成多

6、種半導體器件的基礎.P-N結的形成與特性如下:當P型半導體與N型半導體共處一體后,在它們的交界處兩邊電子,空穴的膿度不同,N區多電子,P區多空穴,因此N型區內的電子要向P型區擴散,P型區的空穴要向N型區擴散.擴散首先是從交界面處開始的,N型區內的電子擴散到P型區后與空穴復合,N型區減少了電子,因此在N型區的一側出現了帶正電的粒子層,這層帶正電的粒子就是處于N型半導體共價鍵上失去一個自由電子的原子,它們是不能移動的正離子.同樣,在交界面P型區一側要出現帶負電的粒子層,隨著電子空穴的擴散,交界面兩側

7、帶電層逐漸增厚形成一個空間電荷區,如下圖所示,N型區帶正電,P型區囊負電.空間電荷區產生后,在半導體內部出現內電場,內電場的方向從N區指向P區.內電場的出現使載流子在電場力的作用下要產生漂移運動,,內電場使得P型區內的電子返回N型區.當空間帶電區域比較薄時內電場較弱,載流子的擴散運動中于漂移運動,但隨著擴散的過行,空間電荷區的厚度增加,內電場加強,使擴散運動減弱,漂移運動加強,最后將導致載流子的擴散運動與漂運動達到動態平衡,即從N型區擴散到P型區的電子數目與從P型區漂移到N型區的電子數相等,通過

8、交界面的凈載流子數目為零,這時空間電荷區的寬度不再增加.空間電荷區內已不存在載流子,因而又稱這個空間為耗盡層.在半導體內部出現的空間電荷區產生的內電場阻止多數載流子繼續擴散,稱這個囊電區域為阻擋層或P-N結,P-N結具有單向導電性.1.2半導體二极體及其V-A特性半導體二极體的核心部分是一個P-N結.在P-N結兩端加上電极引線和管殼就制成了一個半導體二极管.二极管的符號如下圖示,1)二极體的正向接法與反向接法正向接法:如果將電源的高電位接在二极管的P型區電极,低電位接在N型區電极,如下圖,這種接