半导体二极管与整流电路

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1、1第1章半导体二极管与整流电路2主要内容半导体及其导电机理载流子及其分类PN结及其单向导电性正偏与反偏二极管及其伏安特性二极管应用：整流、限幅、检波等特殊二极管：稳压二极管、光敏二极管、发光二极管31.1半导体的基础知识导体conductor：容易导电的物体，金属一般都是导体。绝缘体nonconductor：不容易导电的物体。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体semiconductor：室温时电阻率约在10-5～107Ω·m之间。导电特性处于导体和绝缘体之间，并有负的电阻温度系数的物质，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1911年考

2、尼白格和维斯首次使用这一名词。不同于其它物质，所以它具有不同的特点。例如：热敏性和光敏性：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。例如：热敏电阻、光敏电阻。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。例如：纯硅掺杂百万分之一硼，电阻率从大约4×10-3Ω·m到2×103Ω·m半导体的导电机理4一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。纯度99.9999％，甚至

3、达到99.9999999％以上。1.1.1本征半导体intrinsicsemiconductor硅和锗的晶体结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。5共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子硅和锗的共价键结构形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子（价电子），常温下束缚电子很难脱离

4、共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。6在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子carrier），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于温度增加或受光照激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子freeelectron，同时共价键上留下一个空位，称为空穴hole。二、本征半导体的导电机理1.载流子:自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子7+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近

5、的价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。2.本征半导体的导电机理本征半导体中电流由两部分组成：1.电子电流：自由电子移动产生的电流。2.空穴电流：空穴移动（价电子递补空穴）产生的电流。本征半导体导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的重要外部因素，这是半导体的一大特点。8在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半

6、导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。1.1.1杂质半导体extrinsicsemiconductor一、N型半导体N-typesemiconductor：N指negative。在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离

7、子。例如：27℃，纯硅约有自由电子或空穴1.5×1010个/cm3，掺杂为N型半导体后自由电子数增加几十万倍，空穴数减少为2.3×105个/cm3二、P型半导体P-typesemiconductor：P指positive。在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子（价电子）来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。9+4+4+5+4多余电子磷原子一、N型半导体N-typesemiconduct

8、or空穴硼原子+4+4+3+4N型半导体中的载流子是什么？1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2.本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空