晶体二极管及其基本电路

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1、第1章半导体二极管及其应用1-1半导体物理基础知识导体(Conductor)半导体(Semiconductor)绝缘体(Insulator)物质半导体的特性：1．导电能力介于导体和绝缘体之间；2．导电能力随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。本征半导体杂质半导体1第1章半导体二极管及其应用1-1半导体物理基础知识2+14284+3228184硅原子（Silicon）锗原子（Germanium）图1硅和锗原子结构图硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）１-１-１本征半导体（纯净的单晶半导体）1-1半导体物理基

2、础知识3+4+4+4+4共价键价电子图1-2单晶硅和锗共价键结构示意图１-１-１本征半导体1-1半导体物理基础知识4１-１-１本征半导体1-1半导体物理基础知识半导体导电的原因：半导体中存在2种载流子(Carrier)，即自由电子(FreeElectron)和空穴(Hole)。受外界能量激发（热、电、光），价电子获得一定的额外能量，部分价电子能够冲破共价键的束缚,形成自由电子和空穴对——本征激发。复合：由于正负电荷相吸引，自由电子会填入空穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这一过程称为复合，

3、与本征激发是相反的过程。5本征载流子浓度：载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。１-１-１本征半导体1-1半导体物理基础知识6式中：ni、pi——分别表示电子和空穴的浓度（㎝-3）；T——为热力学温度（K）；EG0为T=0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为1.21eV，锗为0.78eV）；k为玻尔兹曼常数（8.63×10-6V/K）；A0为与半导体材料有关的常数（硅为3.87×1016㎝-3

4、·，锗为1.76×1016㎝-3·）。本征载流子浓度：１-１-１本征半导体1-1半导体物理基础知识7说明随着T的增加，载流子浓度按指数规律增加——对温度非常敏感。在T=300K的室温下，本征硅（锗）的载流子浓度=1.43×1010㎝-3（2.38×1013㎝-3），本征硅（锗）的原子密度=5×1022㎝-3（4.4×1022㎝-3）。相比之下，室温下只有极少数原子的价电子(三万亿分之一)受激发产生电子、空穴对。8结论：本征半导体的导电能力是很弱的；本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以其导电性能对温度的变

5、化很敏感。１-１-１本征半导体1-1半导体物理基础知识9在本征半导体中掺入微量的元素（称为杂质），会使其导电性能发生显著变化——杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。1-1-2杂质半导体（掺杂半导体ImpuritySemiconductor）1-1半导体物理基础知识在杂质半导体中：浓度占优势的载流子称为：多数载流子，简称多子；反之称为少数载流子，简称少子。10杂质半导体的载流子浓度：·多子的浓度在杂质半导体中，杂质原子所提供的多子数远大于本征激发的载流子数。因此，多子的浓度主要由掺

6、杂浓度决定。·少子的浓度少子主要由本征激发产生，因掺杂不同，会随多子浓度的变化而变化。1-1-2杂质半导体1-1半导体物理基础知识11结论：在热平衡下，多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。例如对N型半导体，多子nn与少子pn有：杂质半导体的载流子浓度：1-1-2杂质半导体1-1半导体物理基础知识12结论：在热平衡下，多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。杂质半导体的载流子浓度：1-1-2杂质半导体1-1半导体物理基础知识对P型半导体，多子pp与少子np有：13小结1

7、.本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导体内载流子的浓度，并使一种载流子多，另一种载流子少。2.多子浓度主要取决于杂质的含量，它与温度几乎无关；少子的浓度则主要与本征激发有关，因而它的浓度与温度有十分密切的关系。141-1-3半导体中的电流在导体中，载流子只有一种：自由电子。一种类型的电流：在电场作用下，产生定向的漂移运动形成漂移电流。在半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。电场作用下的漂移电流两种类型的电流浓度差导致的扩散电流1-1半导体物理基础知识15IpIn漂移电流总电流：1、定义：在电场作用下，半导体中的载流

8、子作定向飘移运动而形成的电流。①载流子浓度②外加电场强度③迁移速度1-1-3半导体中的电流1-1半导体物理基础知识16在半导体工作中，扩散运动是比漂移运动更为重要的导电机理。金属导体是不具有这种电流的，正是由于扩散电流特性，才能够将它做成电子器件。平衡载流子浓度：一般的本征半导体在温度不变、无光照或其他激发下，载流子浓度分布均匀。非平衡载流子浓度：若一端注入