模拟电子技术 第3章.ppt

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1、第三章半导体二极管及其基本电路主要内容半导体的基本知识PN结的形成半导体二极管及其性质与参数特殊二极管半导体材料及特性半导体的共价键结构本征半导体、空穴及其导电作用杂质半导体§3.1半导体的基本知识半导体是一种导电特性位于导体和绝缘体之间的物质,典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。掺杂性：二极管、三极管、场效应管等热敏性：热敏电阻光敏性：光敏电阻，光敏二极管、光敏三极管等。一、半导体材料及特性1.什么叫半导体？2.半导体材料的特性及应用+4+4+4+4晶体结构原子结构1.本征半导体的共价键结构（硅与锗）二、本征半导体纯净的半导体晶体，如：硅与锗共价键共价键中的两个电子称为束缚电

2、子外层轨道电子，称为价电子共价键形成后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。并且，使原子规则排列，形成晶体。2.本征激发在T=0K（绝对零度）和无外界激发，本征半导体没有自由运动的带电粒子——载流子，因而不能导电；+4+4+4+4A、T=0K（绝对零度）和无外界激发时自由电子空穴束缚电子+4+4+4+4本征激发温度升高由于温度上升，电子获得能量后，少数共价键中的束缚电子挣脱束缚成为自由电子，留下空穴，称为本征激发，又称为热激发。B、温度上升时半导体中的两种载流子：+4+4+4+4不受束缚的电子，称为自由电子共价键的空位，称为空穴摆脱束缚束缚电子半导体中的两种载流子：由于自由电子与

3、空穴的有序移动将产生电流，因而称自由电子与空穴为半导体中的两种载流子；电子载流子是带负电的粒子；空穴是电子离开后产生的共价键空位，因而带正电；本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相等。载流子浓度决定半导体的导电性能，浓度越高，导电性能越好。温度越高，载流子数量增加，导电能力越强，因而具有热敏性。本征半导体受热激发只产生少量电子空穴对，载流子浓度很低，外加电场作用，电流极其微弱；本征激发的特点结论本征半导体外层电子构成稳定的共价键结构，使原子规则排列，形成晶体。在本征激发下，能产生少量的载流子，具有微弱的导电作用。其导电性能具有热敏性，温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强

4、。二、杂质半导体半导体具有掺杂性，若在本征半导体中掺入微量杂质，则导电性能大为改观，掺入百万分之一的杂质，载流子浓度增加1百万倍。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。1.N型半导体形成本征掺杂：本征半导体得到大量自由电子（无空穴）磷(5价)本征激发：得到少量电子空穴对特点a.自由电子为多数载流子（多子）空穴为少数载流子（少子）；b.磷原子被称为施主杂质，本身因失去电子而成为正离子。N型半导体可简化成+图2－32.P型半导体形成本征掺杂：本征半导体得到大量空穴（无自由电子）硼(3价)本征激发：得到少量电子空穴对特点a.空穴为

5、多数载流子（多子）自由电子为少数载流子（少子）；b.硼原子被称为受主杂质，本身因获得电子而成为负离子。P型半导体可简化成－图2－5结论通过在半导体材料中加入杂质，可以改变半导体的载流子浓度，从而改变其导电特性。加入5价元素的杂质，得到N型半导体，电子为多数载流子。加入3价元素的杂质，得到P型半导体，空穴为多数载流子。§3.2PN结的形成一、PN结的形成用化学方法把N型半导体和P型半导体结合在一起。–––––––––P型+++++++++N型多子的扩散运动由于浓度差异引起的载流子运动，称之为扩散当扩散和漂移达到动态平衡，即形成稳定的PN结。多子的扩散，使得结合区产生内电场内电场作用

6、一方面将阻碍多子的扩散，同时也引起少数载流子产生漂移；+++++++++–––––––––+++–––P型区N型区空间电荷区内电场V0多子扩散少子漂移由于电场的作用，而引起的载流子运动，称之为漂移N型半导体和P型半导体结合因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区PN结形成过程二、PN结的符号把PN结封壳，引线即成二极管。其符号和PN结相同。阳极阴极§3.3半导体二极管一、二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。(1)点接

7、触型二极管(a)点接触型二极管的结构示意图接触面积小，因而结间电容小，用于检波和变频等高频电路。缺点，不能通过大电流（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）代表符号(2)面接触型二极管(b)面接触型接触面积大，能通过大电流，缺点：结间电容大二、二极管（PN结）的单向导电性1.正偏:P+，NPN结正向电阻很小。因此，正向电压使得扩散变强，并形成扩散电流，即正向电流IF；VF，IF；121