晶体二极管工作原理及应用

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1、第1章 晶体二极管工作原理及应用返回目录1.1半导体的基础知识1.2半导体二极管及其特性1.3二极管基本应用电路及其分析方法1.4特殊二极管—稳压管1.1.1半导体的导电特性1.1.2半导体的种类及其内部结构1.1半导体的基础知识1.1.3PN结及其单向导电性3、掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几百万倍）1.1.1半导体的导电特性1、热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。利用这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成热电传感器2、光敏性：半导体光照时，

2、其导电能力增强。利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光敏元件。返回1.1.2半导体的种类及其内部结构：1.种类半导体P型半导体(空穴型）杂质半导体N型半导体（电子型）本征半导体价电子：最外层的电子受原子核的束缚最小，最为活跃，故称之为价电子。最外层有几个价电子就叫几价元素，半导体材料硅和锗都是四价元素。常用半导体材料硅和锗的原子结构本征半导体——对半导体提纯，使之成为单晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体管就是由此而来的。2.半导体的内部结构及导电方式：SiSiSiSiSiSi共价键结

3、构—每个价电子为两个相邻原子核所共有。l内部结构：本征激发——价电子获得一定的能量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象叫本征激发。SiSiSiSiSiSi自由电子——当温度升高时，一些价电子获得一定的能量后，挣脱共价键的束缚，成为自由电子。空穴:留下的空位自由电子数=空穴数自由电子和空穴统称为载流子本征半导体的特点动画动画l导电方式SiSiSiSiSiSi电子电流空穴电流共价健中的价电子在外电场的力的作用下挣脱共价键的束缚，沿与外电场方向相反方向填补空穴，就好像空穴沿与外电场方向相同的方向作定向运动，形成

4、电流，这个电流称为空穴电流。外电场所以，本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。在半导体上加电场时本征半导体中电流的大小取决于自由电子和空穴的数量，数量越多，电流越大。即本征半导体的导电能力与载流子的数量有关，而当光照和加热时，载流子的数量都会增加，这就说明了光敏性和热敏性。——在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。3杂质半导体：N型半导体（电子型半导体）SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP热激发产生的自由

5、电子掺杂磷产生的自由电子掺杂磷产生的自由电子数〉〉热激发产生的自由电子数N型半导体中自由电子数〉〉空穴数自由电子为N型半导体的多数载流子（简称多子），空穴为N型半导体的少数载流子（简称少子）因五价杂质原子中四个价电子与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，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。N型半导体简化图SiSiSiSiSiP空间电荷多子SiSiSiSiSiBlP型半导体：往本征半导体中掺杂三价杂质硼形成的杂质半导体,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

6、激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。因而也称为受主杂质。SiSiSiSiSiB热激发产生的空穴掺杂磷产生的空穴自由电子为P型半导体的少数载流子，空穴为P型半导体的多数载流子掺杂硼产生的空穴数>>热激发产生的空穴数P型半导体中空穴数>>自由电子数P型半导体简化图SiSiSiSiSiB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:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm3掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3本征硅的原子浓度

7、:4.96×1022/cm3以上三个浓度基本上依次相差106/cm34杂质对半导体导电性的影响返回在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:PN++++++内电场PN++++++1.1.3PN结及其单向导电性1PN结的形成因浓度差多子产生扩散运动(PN)形成空间电荷区(NP)形成内电场(NP)阻止多子扩散促使少子漂移（NP）动态平衡动画２PN结的特性——单向导电性当外加电压时，PN结就会显示单向导电性单向导电

8、性：PN结加反向电压时，截止。规定：P区接电源正，N区接电源负为PN结加正向电压N区接电源正，P区接电源负为PN结加反向电压PN结加正向电压时，导通。PN++++++(1)PN结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时，外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。其理想模型：开