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1、教材:电路与电子简明教程主讲教师:张军颖《电子技术》6.1半导体的基本知识6.2半导体二极管6.3稳压二极管6.4整流、滤波及稳压电路第6章二极管及直流稳压电路6.1半导体的基本知识半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性:纯净半导体的导电能力很差；热敏特性:温度升高--导电能力增强(如钴、锰、镍的氧化物做成的热敏电阻)；光敏特性:光照增强--导电能力增强(如镉、铅等硫化物做成的光敏电阻)；掺入少量杂质--导电能力增强(可做成半导体二极管、半导体三极管)
2、。6.1.1本征半导体1.本征半导体:完全纯净、具有晶体结构的半导体。最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素,每个原子最外层电子数为4。++SiGe共价键6.1.1本征半导体本征半导体中,每个原子与相邻的四个原子结合。共价键:每个原子的外层一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对,这电子对叫共价键。2.共价键结构这对价电子是由相邻两个原子共有,把相邻原子结合在一起,构成共价键结构。共价键价电子共价键价电子自由电子和空穴同时产生6.1.1本征半导体获取能量自由电子升温和光照外加电压电子电流离开剩空穴原子带正电吸引相邻原子价电子填补
3、空穴好像空穴在运动（正电荷）外加电压空穴电流与金属导电的区别硅原子自由电子3.自由电子和空穴的形成硅原子载流子:自由电子和空穴都称为载流子。共价键价电子6.1.1本征半导体半导体中的自由电子和空穴总是成对出现,同时又不断进行复合。在一定温度下,载流子的产生与复合会达到动态平衡,载流子便维持一定数目。半导体两端加外电压时,半导体中出现两部分电流：一是自由电子作定向运动所形成的电子电流；一是被原子核束缚价电子填补空穴所形成的空穴电流。温度愈高,载流子数目就愈多,导电性能就愈好—温度对半导体器件性能影响很大。6.1.2N型半导体和P型半导体在常温下,本征半导体的载流
4、子数量极少,其导电能力相当低。如在半导体中掺入微量杂质元素,将得到掺杂半导体,而掺杂半导体的导电能力将大大提高。由于掺入杂质元素的不同,掺杂半导体可分为两大类——N型半导体和P型半导体。1.N型半导体在本征半导体中掺入微量磷(或五价元素),不改变原子的晶体结构,只是某些位置的硅原子被磷原子取代,磷原子与周围四个硅原子形成共价键后,磷原子的外层电子数将是9,比稳定结构多一个价电子。1.N型半导体P+SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余电子掺入磷杂质的半导体中,自由电子数目大量增加。自由电子导电是主要的导电方式,称为电子半导体或N型半导体,其中自由电
5、子是多数载流子,空穴是少数载流子。自由电子数比本征半导体中自由电子数多,空穴数比本征半导体中空穴数少。2.P型半导体在本征半导体中掺入微量硼(三价元素)。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴掺入硼杂质的半导体中,空穴的数目远大于自由电子的数目。空穴为多数载流子,自由电子是少数载流子,空穴导电是主要导电方式,称为空穴型半导体或P型半导体。不论是N型半导体还是P型半导体,都只有一种载流子占多数,然而整个半导体晶体仍是电中性的。6.1.3PN结及其单向导电性PN空间电荷区根据浓度梯度,多数载流子将进行扩散运动。耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子
6、形成空间电荷区;这空间电荷区就是PN结(内电场)也称耗尽层。内电场阻碍了多子的继续扩散,推动少数载流子的漂移运动,最终达到动态平衡,空间电荷区即PN结宽度一定。P区:空穴多自由电子少N区:空穴少自由电子多内电场1.PN结的形成漂移运动:少数载流子受内电场作用沿电场力方向的运动。空间电荷区P区N区载流子的运动有两种形式：扩散运动:由浓度梯度引起的多子从高浓度区向低浓度区的运动。漂移运动:少数载流子受内电场作用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最后达到一种动态平衡,PN结的厚度就一定。6.1.3PN结及其单向导电性6.1.3PN结及其单向导电性PN
7、++-2.PN结的单向导电性1).加正向电压P区接电源正极、N区接负极。内电场方向外电场方向载流子运动的动态平衡被破坏。外电场作用P区空穴进入PNN区电子进入PNPN结内正负离子被抵消PN结变窄内电场弱变窄扩散增强漂移变弱多子运动形成较大正向电流外电源不断提供电荷维持电流。外电场愈强,正向电流愈大,这时PN结电阻很低。I2.PN结的单向导电性2).加反向电压P区接外电源的负极,N区接正极。PN+内电场方向外电场方向载流子运动的动态平衡被破坏。外电场作用变宽PN结变宽内电场增强扩散难进行漂移增强I≈0PN结电阻很高I≈0PN结具有单向导电性,即正向导通、反向截止
8、。6.2半导体二极管在一个PN结的两端
