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时间:2020-06-03
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1、2.1半导体的基本知识2.3半导体二极管2.4二极管基本电路及其分析方法2.5稳压二极管2.2PN结的形成及特性2半导体二极管及其基本电路2.1半导体的基本知识一、半导体材料二、半导体的共价键结构三、本征半导体四、杂质半导体根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。一、半导体材料2.1半导体的基本知识二、半导体的共价键结构硅晶体的空间排列2.1半导体的基本知识二、半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构2.1半导体的基本知识三、本征半导体本征半导体——化学成分纯
2、净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。2.1半导体的基本知识空穴的移动2.1半导体的基本知识四、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。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(如硼)的半导体。2.1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
3、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。2.1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。2.
4、1半导体的基本知识本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质2.1半导体的基本知识2.2PN结的形成及特性一、PN结的形成二、PN结的单向导电性三、PN结的反向击穿四、PN结的电容效应NP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++----------------一、PN结的形成2.2PN结的形成及特性消弱内建电场ENP++++++++++++++++----------------ENP+++++++++++++
5、+++----------------热平衡(动态平衡)2.2PN结的形成及特性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: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。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。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区2.2PN结的形成及特性二、PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区
6、的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。(1)PN结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况低电阻大的正向扩散电流PN结的伏安特性2.2PN结的形成及特性PN结的伏安特性二、PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。(2)PN结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况高电阻很小的反向漂移电流在一定的温度条件下,由本征激发决定的少子浓度是一定的,故少子形成的漂移电流是恒定的,基本上与所加反向电压的大小无关,这个电流也称为反向饱和电
7、流。2.2PN结的形成及特性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。由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。二、PN结的单向导电性2.2PN结的形成及特性二、PN结的单向导电性(3)PN结V-I特性表达式其中PN结的伏安特性IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下(T=300K)2.2PN结的形成及特性三、PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆2.2P
8、N结的形成及特性2.3半导体二极管一、半导体二极管的结构二、二极管的伏安特性三、二极管的参数一、半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管
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