半导体二极管及直流稳压电源(I)

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1、第5章半导体二极管及直流稳压电源第5章半导体二极管及直流稳压电源5.1半导体的基础知识5.2半导体二极管5.3晶体二极管电路的分析方法5.4晶体二极管的应用及直流稳压电源5.5半导体器件型号命名及方法15.1半导体的基础知识根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分，可分为：导体、绝缘体和半导体。1.导体：容易导电的物体。如：铁、铜等2.绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等3.半导体：半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体特点：1)在外界能源

2、的作用下，导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。二极管、三极管属于此类。21.本征半导体——纯净的晶体结构的半导体。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”。电子技术中用的最多的是硅和锗。硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个称为价电子。其简化原子结构模型如下图：无杂质稳定的结构5.1.1本征半导体3本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键

3、中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如图所示：2.本征半导体的共价键结构两个电子的共价键正离子芯4由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对这一现象称为本征激发，也称热激发。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。动态平衡由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴3.本征半导体中的两种载流子5空穴的移动由于

4、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。6空穴的移动自由电子空穴空穴的运动实质上是价电子填补空穴而形成的。空穴的运动7磷（P）杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子（多数载流子）浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了

5、？少了？为什么？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。施主杂质1.N型半导体5.1.2杂质半导体8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（由两部分组成）空穴——少数载流子N型半导体的结构示意图如图所示：自由电子施主正离子5.1.2杂质半导体9硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？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

6、成。受主杂质2.P型半导体10P型半导体的结构示意图如图所示：P型半导体中：空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。空穴受主负离子2.P型半导体11本征半导体、杂质半导体自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质本节中的有关概念12物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。1.PN结的形成5.1.3

7、PN结的形成及特性13因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。因浓度差多子扩散形成空间电荷区促使少子漂移阻止多子扩散1.PN结的形成14PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由

8、于电流很小，故可近似认为其截止。必要吗？2.PN结的单向导电性15当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1)PN结加正向电压时低电阻大的正向扩散电流2.PN结的单向导电性PN结的伏安特性(2)PN结加反向电压时高电阻很小的反向漂移电流在一定的温度条件下