(周围)第01章_晶体二极管

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1、主讲教师：周围教授/博士办公室：通信学院电工电子教学部（2教4楼）实验室：数字图书馆4031Tel:62461417(办）62487954（实）62460530（宅）E-mail:zhouwei1020@263.net《电子电路基础》(BasisofElectronicCircuits)------通信学院电工电子教学部------教材：《电子线路》(线性部分)（第四版）谢嘉奎主编高等教育出版社1999（东南大学）《模拟电子技术基础简明教程》（第三版）杨素行主编高等教育出版社2006（清华大学）参考书：1、《模拟电子技术基础》（第3版）

2、童诗白，华成英主编，高教出版社，2001（清华）2、《电子技术基础》（模拟部分）康华光编著高等教育出版社1999（华中理工）3、《电子线路基础教程》王成华主编科学出版社2000电子线路：指包含电子器件、并能对电信号实现某种处理的功能电路。概述电路组成：电子器件+外围电路电子器件：二极管、三极管、场效应管、集成电路。外围电路：直流电源、电阻、电容、电流源电路等。1.1半导体物理基础知识1.3晶体二极管电路分析方法1.2PN结1.4晶体二极管的应用1.0概述第一章晶体二极管概述晶体二极管结构及电路符号：PN结正偏（P接+、N接-），D导通。

3、PN正极负极晶体二极管的主要特性：单方向导电特性PN结反偏（N接+、P接-），D截止。即主要用途：用于整流、开关、检波电路中。半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。1.1半导体物理基础知识硅(Si)、锗(Ge)原子结构及简化模型：+14284+3228418+4价电子惯性核硅和锗的单晶称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。+4+4+4+4+4+4+4+4硅和锗共价键结构示意图：共价键1.1.1本征半导体当T升高或光线照射时产生自由电子空穴对。共价键具有很强的结合力。当T=0K（无外界影响）时，共价键中无自由移动的电子。这

4、种现象称注意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。本征激发。本征激发当原子中的价电子激发为自由电子时，原子中留下空位，同时原子因失去价电子而带正电。当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。注意：空穴运动方向与价电子填补方向相反。自由电子—带负电半导体中有两种导电的载流子空穴的运动空穴—带正电温度一定时：激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度：本征半导体中本征激发——产生自由电子空穴对。电子和空穴相遇释放能量——复合。T导电能力ni或光照热敏特性光敏特性N型

5、半导体：1.1.2杂质半导体+4+4+5+4+4简化模型：N型半导体多子——自由电子少子——空穴自由电子本征半导体中掺入少量五价元素构成。P型半导体+4+4+3+4+4简化模型：P型半导体少子——自由电子多子——空穴空穴本征半导体中掺入少量三价元素构成。杂质半导体中载流子浓度计算N型半导体（热平衡条件）（电中性方程）P型半导体杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。多子浓度取决于掺杂浓度。1.1.3两种导电机理——漂移和扩散载流子在电场作用下的运动运动称漂移运动，所形成的电流称漂移电流。漂移电流密度总漂移电流密度：迁移率漂移与漂移电流电导

6、率：半导体的电导率电阻：电压：V=El电流：I=SJt+-V长度l截面积S电场EI载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动，所形成的电流称扩散电流。扩散电流密度:扩散与扩散电流N型硅光照n(x)p(x)载流子浓度xnopo1.2PN结多子：多子：空穴少子：自由电子少子：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:自由电子空穴因浓度差空间电荷区形成内电场内电场阻止多子扩散内电场促使少子漂移,而少子漂移可削弱内电场最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡

7、。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区PN结的形成多子：空穴多子：自由电子内电场方向少子：自由电子少子：空穴内电场方向PN结的形成空间电荷区（耗尽层）对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。注意：掺杂浓度（Na、Nd）越大，内建电位差VB越高，阻挡层宽度l0越小。内建电位差：阻挡层宽度：室温时锗管VB0.2~0.3V硅管VB0.5~0.7V1.2.2PN结的伏安特性PN结——单向导电特性P+N内建电场Elo+-VPN结正偏阻挡层变薄内建电场减弱多子扩散>

8、>少子漂移多子扩散形成较大的正向电流IPN结导通I电压V电流IPN结——单向导电特性P+N内建电场Elo-+VPN结反偏阻挡层变宽内建电场增强少子漂移>>多子扩散少子漂移形成微小的反向电流IRPN结截