二极管及其基本电路.ppt

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1、《模拟电子技术》上海电力学院电子教研室第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料第3章二极管及其基本电路导体、绝缘体、半导体划分的依据：物体导电能力(电阻率)。半导体：电阻率为10-3～109cm。典型的半导体：硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs等。最常用的半导体材料：硅。8/22/20212上海电力学院电力系3.1.2半导体的共价键结构第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。半导体硅材料具有晶体结构，它们分别

2、与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，称为束缚电子。8/22/20213上海电力学院电力系3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识本征半导体：完全纯净的，结构完整的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。8/22/20214上海电力学院电力系电子空穴对当半导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电

3、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。自由电子这一现象称为本征激发，也称热激发3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识8/22/20215上海电力学院电力系3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识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，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴8/22/20216上海电力

4、学院电力系空穴的移动相邻共价键中的价电子（束缚电子）能迁入空穴形成新的空穴，相当于空穴移动。带电粒子在电场作用下能作定向运动。自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流。电子与空穴的移动3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识8/22/20217上海电力学院电力系“自由电子”和“空穴”总称“载流子”（载运电流的粒子。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。称为产生。部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合

5、。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。温度增加，载流子浓度增加，半导体的导电能力增加。3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识8/22/20218上海电力学院电力系3.1.4杂质半导体第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识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。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。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

6、硼）的半导体。8/22/20219上海电力学院电力系3.1.4杂质半导体第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识1.N型半导体因五价杂质原子中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，而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。8/22/202110上海电力学院电力系3.1.4杂质半导体第3章二极

7、管及其基本电路3.1半导体的基本知识2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。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。8/22/202111上海电力学院电力系3.1.4杂质半导体第3章二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.杂质对半导体导电性的影响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

8、征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm38/22/202112上海电力学院电力系3.2.1载流子的漂移与扩散3.2PN结的形成及特性第3章二极管及其基本电路漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。8/22/202113上海电力学院电力系3.2.2PN结的