模拟电子技术基础第2、3、4讲 《模拟电子技术基础》2 半导体二极管及其及本电路.ppt

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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特殊二极管2.2PN结的形成及特性2半导体二极管及其基本电路小结2.6二极管的应用学习指导作业学习指导电子技术是当代高新技术的龙头。半导体器件是现代电子技术的重要组成部分。PN结是半导体器件的核心环节。半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。主要内容:1、半导体的基本知识;2、PN结的形成及特点;3、半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路。学习目标：1、掌握以下基本概念：半导体材料的特点、空穴、扩散运动、漂

2、移运动、PN结正偏、PN结反偏；2、了解PN结的形成过程及半导体二极管的单向导电性；3、掌握半导体二极管的伏安特性及其电路的分析方法；4、正确理解半导体二极管的主要参数；5、掌握稳压管工作原理及使用中的注意事项，了解选管的一般原则。2.1半导体的基本知识2.1.1半导体特性2.1.2半导体的共价键结构2.1.3本征半导体2.1.4杂质半导体2.1.1半导体特性何谓半导体物体分类导体如：金属绝缘体如：橡胶、云母、塑料等。—导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增

3、加使导电率大为增加热敏特性热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光敏特性光敏器件光电器件常用的半导体材料有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构价电子是我们要研究的对象2.1.2半导体的共价键结构硅晶体的空间排列硅和锗都是四价元素，它们的原子结构外层电子(价电子)数均为4个，价电子受原子核的束缚力最小，决定其化学性质和导电性能共价键表示两个共有价电子所形成的束缚作用。为了保持原子的电中性，原子

4、核用带圆圈的+4符号表示T=0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，本征半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子，这种现象称为本征激发。2.1.3本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体Si+14284Ge+3228184+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子价带导带挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴禁带EG外电场E自由电子定向移动

5、形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流本征半导体两种载流子动画一1.本征半导体中有两种载流子—自由电子和空穴2.在外电场的作用下，产生电流—电子流和空穴流电子流自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动空穴流价电子递补空穴形成的与外电场方向相同始终在价带内运动本征半导体空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。用空穴移动产生的电流代表束缚电子移动产生的电流电子浓度ni=空穴浓度pi2.1.4杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺入三价元素如B、Al、In

6、等，形成P型半导体，也称空穴型半导体掺入五价元素如P、Sb等，形成N型半导体，也称电子型半导体杂质半导体P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入三价元素如B。价带导带-------受主能级自由电子是少子空穴是多子杂质原子提供由热激发形成因留下的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。杂质半导体N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入五价元素如P。价带导带+++++++施主能级自由电子是多子空穴是少子杂质原子提供由热激发形成由于

7、五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子本征半导体、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2.2PN结的形成及特性2.2.1PN结的形成2.2.2PN结的单向导电性2.2.3PN结的反向击穿2.2.4PN结的电容效应2.2.1PN结的形成P型半导体中含有受主杂质，在常温下，受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。N型半导体中含有施主杂质，在常温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。除此之外，

8、P型和N型半导体中还有少数受本征激发产生的电子-空穴对，通常本征激发产生的载流子要比掺杂产生的载流子少得多。半导体中的正负电荷数相等保持电中性2.2.1PN结的形成P区N区扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流内电场内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动扩