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1、第一节半导体二极管半导体基础知识ＰＮ结二极管的特性及参数特殊二极管半导体二极管特性珠测试与应用一、半导体基础知识物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电特性取决于原子结构。半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚,成为自由电子,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧,因此,半导体的导电特性介于二者之间。1.本征半导体纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导体材料是硅和锗。两相邻原子共用一对价电子,组成共价键结构。硅和锗原子结构模型本征半导体共价键晶体结构示意图每个原子和周围的４个原子用共价
2、键的形式紧密地联系。共价键中的价电子获得足够能量,少数能摆脱共价键的束缚而成为自由电子,同时在共价键中留下空位,称为空穴。空穴带正电。图1–3本征半导体中的自由电子和空穴由此可见,半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中,自由电子与空穴是同时成对产生的,因此,它们的浓度是相等的。本征半导体中,自由电子与空穴数目很少，其导电能力很弱。2.杂质半导体图1-4N型半导体共价键结构在本征半导体中,掺入５价元素（磷、锑、砷等）,原来晶格中某些硅(锗)原子被杂质原子代替。组成共价键时,多余的1个价电子
3、成为自由电子。Ｎ型半导体电子是多数载流子，主要由掺杂形成；空穴是少数载流子，由热激发形成。P型半导体图1–5P型半导体的共价键结构在本征半导体中,掺入微量３价元素,如硼、镓、铟等，则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。PN结的形成将在N型半导体和P型半导体对接，结合面上将发生:内电场作用：二、ＰＮ结因浓度差多子扩散空间电荷区2.促使少子漂移1.阻止多子扩散多子扩散P型半导体Ｎ型半导体多子继续扩散少子开始漂移少子漂移P型半导体Ｎ型半导体多子继续扩散
4、少子继续漂移当：扩散运动=漂移运动PN结形成动态平衡空间电荷区（耗尽层）在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。P型半导体Ｎ型半导体PN结的单向导电性1)PN结正向偏置P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置。E外削弱E內耗尽层变窄扩散>漂移多子扩散形成正向电流2)PN结反向偏置即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏)。E外加强E內耗尽层变宽扩散<漂移少子漂移形成反向电流PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流
5、。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结论：三、二极管的特性及主要参数1.半导体二极管的结构类型在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、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图1－10所示。PN结面积小，结电容小，用于高频电路。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。PN结面积大，用于工频大电流整流电路。2.二极管的伏安特性虚线为锗管的伏安特性实线为硅管的伏安特性电压为横坐标电流为纵坐标二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特性—单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的
6、单向导电性。1）正向特性OA(OA′)段：当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压,硅管约为0.5V,锗管约为0.1V。AB(A′B′)段：当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。这时硅管正向导通压降约为0.6-0.7V,锗管约为0.2-0.3V。二极管正向导通时,要特别注意正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。2)反向特性OC（OC′）段：加反向电压时,在开始很大范围内,相当于非常大的电阻,反向电流很
7、小,不随反向电压而变化。此时的电流称反向饱和电流IR。3)反向击穿特性CD(C′D′)段：反向电压增大到一定数值时,反向电流急剧增大,此现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压UBR。雪崩击穿：当反向电压足够高时（U>6V）PN结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反应，使载流子剧增，反向电流骤增。齐纳击穿：掺杂浓度高的半导体，PN结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（U<4V），耗尽层可获得很大的场强，足以将价电子从共价键中拉出来，而
8、获得更多的电子空穴对，使反向电流骤增。4)温度对特性的影响由于二极管的核心是一个PN结,它的导电性能与温度有关,温度升高时二极管正向特性曲线向左移动,正向压降减小;反向特性曲线向下移动,反向电流增大。2)最大反向工作电压ＵＲ:二极管允许的最大工作电压。当反向电压超过此值时,二极管可能被击穿。为了留有余地,通常取击穿电压的一半作为Ｕ
