半导体二极管及其应用

《半导体二极管及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第1章半导体二极管及其应用1.1PN结1.2半导体二极管1.3半导体二极管电路的分析方法1.4半导体二极管的基本应用1.5特殊二极管习题1.1PN结一、半导体定义特点:导电能力可控（受控于光、热、杂质等）典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.1本征(intrinsic)半导体——纯净无掺杂的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。(1)共价键结构(2)电子空穴对(3)空穴的移动(1）共价键结构空间排列有序的晶体以硅原子(Si)为例：(a)硅晶体的空间排列(

2、b)共价键结构平面示意图电子空穴对：载流子（Carrier)本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡!图01.02本征激发和复合的过程（2）电子空穴对本征激发（热激发）T=0K时电子(-)空穴(+)复合(3)空穴的移动(导电）空穴的运动=相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴来实现的1.1.2杂质半导体本征半导体缺点？1、电子浓度=空穴浓度；2、载流子少，导电性差，温度稳定性差！(1)N型半导体(2)P型半导体(3)杂质对半导体导电性的影响(1）N型半导体（电子型半导体）掺杂：特点：多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供）少数载流子：空穴（由热激发形成）施主杂质

3、正离子少量掺入五价杂质元素（如：磷）(2）P型半导体（空穴型半导体）掺杂：少量掺入三价杂质（如硼、镓和铟等）特点：多子：空穴（主要由杂质原子提供）少子：电子（由热激发形成）受主杂质负离子(3)杂质对半导体导电性的影响影响很大。载流子数目剧增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第二节典型数据如下:1.2PN结1.2.1形成1.2.2实质1.2.4电容效应1.2.3单向导电性图0

4、1.06PN结的形成过程1.2.1形成两种载流子的两种运动动态平衡时形成PN结两种运动：扩散（浓度差）漂移（电场力）漂移和扩散1、电子或空穴在电场的作用下定向移动称为漂移如图（A）所示。2、载流子由浓度高流向浓度低的的运动为扩散。图（B）所示。电流I。..空穴。∙电子（A）电场作用下的漂移运动（B）空穴扩散示意PN结形成PN+---------++++++++由于接触面载流子运动形成PN结示意图内电场-+扩散运动漂移运动PN结变窄PN+-R外加正向电压示意(导电）PN结变宽PN-+R外加反向电压示意（截止）正向电流If反向电流IsPN结加正向电压时电阻很小，电流

5、大。加反向电压时电阻很大，电流小。PN结的形成小结：浓度差多子扩散空间电荷区(杂质离子)内电场促使少子漂移阻止多子扩散当多子扩散和少子漂移达到动态平衡，形成PN结1.2.2实质PN结=空间电荷区=耗尽层=内电场=电阻1.2.3单向导电性单向导电性：PN结正偏时导通（大电流），PN结反偏时截止（小电流）。偏置(bias)(1)势垒电容CB（Barrier)势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成1.2.4电容效应表现为：势垒电容CB（barrier)扩散电容CD(diffusion)图01.10扩散电容示意图第三节(2)扩散电容CD(Diffusion)当外

6、加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。1.2半导体二极管1.3.1结构类型和符号1.3.2伏安特性1.3.3主要参数1.3.4型号命名规则1.3.1结构类型和符号二极管=PN结+引线+管壳。类型：点接触型、面接触型和平面型(1)点接触型—(a)点接触型一、结构类型PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路(c)平面型(3)平面型—(2)面接触型—(b)面接触型二、符号旧符号新符号阳极(Anode)阴极(Cathode)标记D1D2Dio

7、dePN结面积大，用于工频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。1.3.2伏安特性IS:反向饱和电流VT=kT/q:温度的电压当量室温（T=300K）下，VT=26mV一、二极管方程（定量）理想二极管(PN结）方程：图理想二极管的伏安特性曲线定性——单向导电性1.3.3主要参数(1)IF——最大整流电流(2)VBR——反向击穿电压指二极管反向加电压时，使反向电流突然增大时的电压。不同的二极管有不同的反向击穿电压。一般手册中给出的反向电压是实际的一半。指正常功率下的正向平均电流；根据二极管功率不同，由几mA到几百安

8、培不等(3)IR（IS）