14 半导体器件.ppt

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1、§14半导体二极管及其应用§14.1半导体基础知识根据物质导电能力(电阻率)不同，划分为导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3～109cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的特点：1）导电能力不同于导体、绝缘体；2）受外界光和热刺激时导电能力发生很大变化——光敏元件、热敏元件；3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。本征半导体：纯净的半导体晶体。.硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。原子按一定规律整齐排

2、列，形成晶体点阵后，结构图为：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激发和两种载流子当T=0K和无外界激发时，导体中没有载流子，不导电。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子(本征激发)自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴例：纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级。在室温下，载流子浓度为ni=pi=1010/cm3数量级，掺入百万分之

3、一的杂质（10-6），则掺杂后载流子浓度为106+1010，约为1016数量级，比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。意味着导电能力增加了一百万倍。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4多余电子，成为自由电子+5自由电子+5N型半导体（电子型半导体）Negative在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑).电子为多数载流子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3P型半导体（空穴型半导体）Positive在本征半导体中掺入三价的元素（硼）.空穴为多数载流子。+3空穴空穴PN结的形成一块

4、本征半导体两侧通过扩散不同杂质,分别形成P型半导体和N型半导体。扩散运动空间电荷区削弱内电场漂移运动内电场动态平衡－－－－－－－－－－－－－－－－P内电场电荷区空间扩散运动漂移运动NPN结的单向导电性外电场方向与内电场方向相反空间电荷区(耗尽层)变薄扩散＞漂移导通电流很大。呈低阻态－－－－－－－－PN内电场外电场加正向电压（正偏）P（+）N（－）－－－－－－－－P区的空穴和N区的电子(统称少子)背离空间电荷区漂移，空间电荷区的离子增加，空间电荷区加宽。空间电荷区阻碍P区空穴和N区电子向对方区域扩散。但对P区电

5、子(少子)和N区空穴(少子)的漂移有利，形成漂移电流。即：PN结的反向电流IR(也称：反向饱和电流IS)外电场与内电场相同耗尽层加厚漂移＞扩散形成反向电流IR，很小。呈高阻态N－－－－－－－－－－－－－－－－P内电场外电场加反向电压（反偏）P（－）N（+）PN结正向偏置，导通。PN结反向偏置，截止。这种PN结导电现象，与加在PN结的电压极性有关。把这种现象称为：PN结的单向导电性。总结：PN结正向电阻小，反向电阻大——单向导电性。电路符号：正极负极半导体二极管的结构二极管按结构分有点接触型、面接触型、平面型三

6、大类。(1)点接触型二极管(2)面接触型二极管PN结面积大，用于大电流整流电路。PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。§14.3二极管Diode(3)平面型二极管一般用作大功率整流管和数字电路中的开关管。半导体二极管伏安特性曲线式中IS为反向饱和电流，VD为二极管两端的电压降，VT=kT/q称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有VT=26mV。第一象限的是正向伏安特性曲线，第三象限的是反向伏安特性曲线。(1)正向特性硅二极管的死区电

7、压Vth=0.5~0.8V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.2~0.3V左右。当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段：当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。反向区也分两个区域：当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。(2)反向特性硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和

8、电流较大。若

9、VBR

10、≥7V时,主要是雪崩击穿；若

11、VBR

12、≤4V时,则主要是齐纳击穿。(3)反向击穿特性二极管的主要参数1、最大整流电流IF：即二极管允许通过的最大电流（大好）2、反向工作峰值电压UR：二极管能承受的最高反向电压（高好）3、反向峰值电流IR：反向偏置未击穿时，最大电流（小好）4、最高工作频率fM：保持单向导电性能的最高频率（高好）4.2.4二极管极性的简易判别法利用万用表的Ω档测量