模电第1章半导体二极管及其应用电路.ppt

《模电第1章半导体二极管及其应用电路.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第1章半导体二极管及其应用电路1.1半导体的导电特性1.2PN结的形成及特性1.3二极管1.4特殊二极管1.1半导体的导电特性1.1.1本征半导体及其导电特性1.1.2N型半导体1.1.3P型半导体1.1半导体的导电特性1.导体：电阻率<10-4·cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。2.绝缘体：电阻率>109·cm的物质。如橡胶、塑料等。3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。通常情况下纯净半导体的导电能力较差，但随着外界条件改变，其导电能力会有较大改变。半导体具有以下特性：(1)热敏特性：当半导体受热时，电阻率会发生变

2、化，利用这个特性制成热敏元件。(2)光敏特性：当半导体受到光照时，电阻率会发生改变，利用这个特性制成光电器件。(3)掺杂特性：在纯净的半导体中掺入某种微量的杂质后，它的导电能力就可增加几十万乃至几百万倍。利用这种特性制成各种不同用途的半导体器件。1.1.1本征半导体及其导电特性现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。硅和锗的晶体结构四价元素的原子常常用+4电荷的正离子和周围4个价电子表示。+4简化模型电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把半导体也称为晶体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为

3、本征半导体。将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键在绝对0度（T=0K），价电子被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴当温度升高或受光照时，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。3.本征半导体中自由电子的浓度等于

4、空穴的浓度。4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断地产生又不断地复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。1.1.2N型半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的五价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的五价杂质元素有磷、锑、砷等。在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。本征半导体掺入五价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个

5、电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子电子称为多数载流子空穴称为少数载流子五价杂质原子称为施主原子。1.1.3P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的三价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。三价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂质半导体载流子的数目要远远高于

6、本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体1.2PN结的形成及特性1.2.1PN结的形成1.2.2PN结的单向导电性1.2.3PN结的电容效应1.2.1PN结的形成在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结PN结的形成一、PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差UD——电压势垒；——内电场

7、；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反。阻挡层5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流空间电荷区的宽度约为几至几十微米；等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。电压势垒UD，硅材料约为(0.6~0.8)V,锗材料约为(0.2~0.3)V。总结: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