半导体二极管课件.ppt

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1、第一章晶体二极管第一章半导体二级管1.1半导体物理基础知识1.2PN结1.3晶体二极管电路的分析方法1.4晶体二极管的应用1.5其他二极管第一章晶体二极管物质按其导电能力可分为导体、绝缘体和半导体3种。通常人们把容易导电的物质称为导体,如金、银、铜等;把在正常情况下很难导电的物质称为绝缘体,如陶瓷、云母、塑料、橡胶等;把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体,如硅和锗。导体、半导体和绝缘体的划分,严格地说是以物质的电阻率ρ的大小来确定的。电阻率小于10-3Ω·cm的称为导体;电阻率大于108Ω·cm的称为绝缘体;其电阻率介于导体的和绝缘体的之间的物质称为半导体。(1)热敏

2、性:一些半导体对温度的反应很灵敏,其电阻率随着温度的上升而明显地下降,利用这种特性很容易制成各种热敏元件,如热敏电阻、温度传感器等。(2)光敏性:有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下降,利用这种特性可以做成各种光敏元件,如光敏电阻和光电管等。(3)掺杂性:半导体的电阻率受掺入的“杂质”影响极大,在半导体中即使掺入的杂质十分微量,也能使其电阻率大大地下降,利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件。半导体为什么会具有上述特性呢？要回答这个问题,必须研究半导体的内部结构。1.1半导体物理基础知识半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。硅、锗原子结构及简化模型

3、：大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)、锗(Ge)第一章晶体二极管1.1.1本征半导体纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体（比如硅和锗的单晶体）。它们是制造半导体器件的基本材料。+4+4+4+4+4+4+4+4硅和锗共价键结构示意图：共价键共价键具有很强的结合力，当T=0K及无外界影响时，晶体中无自由移动的电子。第一章晶体二极管本征激发当T升高或光线照射时产生自由电子空穴对。这种现象称本征激发。当原子中的价电子在光照或温度升高时获得能量挣脱共价键的束缚而成为自由电子，原子中留下空位（即空穴），（即产生自由电子－空穴对）同时原子因失去价电子而带正电。第一章晶体二极管本征激

4、发注意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。当邻近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时（自由电子与空穴的复合）形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。空穴运动方向与价电子填补方向相反。即自由电子和空穴都能在晶格中自由移动。因而统称它们为半导体的载流子。自由电子—带负电半导体中有两种导电的载流子空穴—带正电第一章晶体二极管本征半导体中本征激发——产生自由电子空穴对。电子和空穴相遇释放能量——复合。温度一定时：激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。T导电能力载流子或光照热敏特性光敏特性半导体除了上面提到的光敏性和热敏性外，还有一种重要的特性就是掺杂性，即在本征半导体

5、中加入微量杂质元素后，半导体的导电性能会大大增强。加杂质后的半导体称为杂质半导体。根据加入杂质元素的不同可分为N型半导体和P型半导体。实际上制造晶体管的材料都是杂质半导体。第一章晶体二极管1.1.2杂质半导体N型半导体：本征半导体中掺入少量五价元素构成。+4+4+5+4+4简化模型：N型半导体多子—自由电子少子—空穴自由电子常温情况下，杂质元素全部电离为自由电子和正离子，正离子在晶格中不能移动，不参与导电。（杂质电离（多数）和本征激发产生）（本征激发产生）第一章晶体二极管常温情况下，杂质元素全部电离为空穴和负离子，负离子在晶格中不能移动，不参与导电。+4+4+3+4+4P型半导

6、体：简化模型：P型半导体少子——自由电子多子——空穴本征半导体中掺入少量三价元素构成。杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。多子浓度主要取决于掺杂浓度。空穴（杂质电离（多数）和本征激发产生）（本征激发产生）第一章晶体二极管1.1.3两种导电机理——漂移和扩散载流子在电场作用下的运动运动称漂移运动，所形成的电流称漂移电流。漂移与漂移电流载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动，所形成的电流称扩散电流。扩散与扩散电流概述第一章晶体二极管1.2半导体二极管1.2.1PN结的形成1.2.2PN结的基本特性1.2.3二极管晶体二极管、三极管的基本结构为PN结，他们的特性与PN结有关。1.2.

7、1PN结的形成利用掺杂工艺，把P型半导体和N型半导体在原子级上紧密结合。PN结形成的物理过程:因多子浓度差产生空间电荷区引起多子扩散出现内建电场阻止多子扩散利于少子漂移最终达动态平衡P型掺杂N型E内第一章晶体二极管1.2.2PN结的特性PN结的基本特性为单向导电性（即正向导通，反向截止）；除了单向导电性外还有反向击穿特性、温度特性、电容特性。正偏：是正向偏置的简称，正向偏置是指给PN结的P端接电源的“+”极，N端接电源的“-”极的一种接法。而PN结的正偏特性就是给PN结加正偏电压时所表现出的