二极管及其基本电路.ppt

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1、第三章二极管及其基本电路基本要求：1了解半导体器件内部物理过程；2理解二极管工作原理、主要参数、使用方法；3掌握二极管外特性、二极管基本应用电路及其分析方法。第三章二极管及其基本电路§3.1半导体的基本知识§3.2PN结的形成及特性§3.4二极管的基本电路及其分析方法§3.5特殊二极管§3.3二极管§3.1半导体基本知识半导体器件特点：体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高。3.1.1半导体材料：（Semiconductormaterials)ρ(Ω-cm)10+910-3导体如金属等绝缘体如橡皮、塑料等典型半导体：硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs等半导体半导体的导电特性：

2、(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。3.1.2半导体的共价键结构简化模型最外层上的电子，决定了物质的化学特性和导电性；Si硅原子Ge锗原子1、Si、Ge的原子结构价电子：惯性核3.1.2半导体的共价键结构2、共价键硅和锗的晶体结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示惯性核§3.1半导体基本知识3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用

3、完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子SiSiSiSi价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：1）

4、自由电子作定向运动电子电流2）价电子递补空穴空穴电流1.本征半导体中载流子数目极少，其导电性能很差；2.温度愈高，载流子的数目愈多，半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。注意：3.1.4杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。§3.1半导

5、体基本知识1.N型半导体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。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。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。多余电子硅原子SiPSiSi五价杂质原子只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键硅(锗)+磷N型半导体3.1.4杂质半导体2.P型半导体在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，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。因缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

6、空穴SiSiSiB三价杂质原子在与硅原子形成共价键硅(锗)+硼P型半导体3.1.4杂质半导体杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++3.1.4杂质半导体P型半导体N型半导体§3.1半导体基本知识3.2.1载流子的漂移与扩散§3.2PN结的形成及特性漂移运动：由于电场作用而导致载流子的运动扩散运动：载流子由高浓度区域向低浓度区域移动的现象空穴的移动方向与电场方向相同电子的移动方向与电场方向相反P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内

7、电场E漂移运动3.2.2PN结的形成漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E§3.2PN结的形成及其特性内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++