极管及其基本电路

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1、3.1半导体的基本知识3.3半导体二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性3二极管及其基本电路3二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体3.1.4杂质半导体3二极管及其基本电路3.1.1半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，分导体、绝缘体、半导体导体（例铁、铜等）导电能力强的物质绝缘体（例橡胶等）几乎不导电的物质导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。半导体（在一定条件下可导电）典型的半导体材料硅（Si）、锗（Ge）元素半导体：

2、化合物半导体：砷化镓（GaAs）3二极管及其基本电路半导体不同于其它物质的特点：受光照后导电能力增强(光敏器件)受热后导电能力增强(热敏器件)（2）掺入微量杂质导电能力增强（1）在外界能源的作用下3二极管及其基本电路3.1.2半导体的共价键结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4常用半导体简化原子结构模型Ge(32共4层)Si(14共3层)+4电子共价健结构示意图（平面结构，实际为三维）正离子核共价键物质的性质是由价电子决定的。3二极管及其基本电路本征半导体—化学成分纯净的、结构完整的半导体晶体。3.1.3本征半导体共价键上的两个电子

3、是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电子。束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。因此，在绝对温度T=0K（-273C）时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。3二极管及其基本电路电子与空穴由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。上述现象称为本征激发，也称热激发。由于随机热振

4、动致使共价键被打破而产生空穴－电子对3二极管及其基本电路自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。3二极管及其基本电路由于共价键中出现了空穴，在外加能源的激发下，邻近的价电子有可能挣脱束缚补到这个空位上，而这个电子原来的位置又出

5、现了空穴，其它电子又有可能转移到该位置上。这样一来在共价键中就出现了电荷迁移—电流。电流的方向与电子移动的方向相反，与空穴移动的方向相同。本征半导体中，产生电流的根本原因是由于共价键中出现了空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴3二极管及其基本电路3.1.4杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。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。3二极管及其基本电路

6、3二极管及其基本电路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。N型半导体的结构示意图如图所示：所以，N型半导体中的导电粒子有两种：自由电子—多数载流子(主要由掺杂形成)空穴——少数载流子磷原子核自由电子空穴3二极管及其基本电路2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成

7、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。3二极管及其基本电路P型半导体的结构示意图如图所示：所以，P型半导体中的导电粒子也有两种：：空穴—多数载流子(主要由掺杂形成)电子—少数载流子(由热激发形成)硼原子核空穴自由电子3二极管及其基本电路3二极管及其基本电路3.杂质对半导体导电性的影响掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下（了解）:T=300K室温下

8、,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本征半导体、