（半导体二极管及其应用电路）课件.ppt

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1、1.1半导体的性质1.2PN节的单向导电性1.3二极管应用电路第一章半导体二极管及其应用电路1-1半导体的性质半导体中的电子本征半导体杂质半导体PN结在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。半导体的导电能力由于某些因素会产生显著的变化，因而受到人们的重视。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。本征半导体：纯净晶体结构的半导体。掺杂半导体：在本征半导体中用扩散工艺掺入少量合适的其它元素，使其导电能力显著增强。N型半

2、导体：掺入五价元素P型半导体：掺入三价元素1-1-1半导体中的电子化学成分纯净的半导体晶体:制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。1-1-2本征半导体GeSi+4+4+4+4共价键中的两个电子+4表示除去价电子后的原子本征半导体的共价键结构束缚电子在绝对温度T=0时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。这一现象称为本征激发，也称热激发。当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣

3、脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。自由电子和空穴可见本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。动画演示自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对电子空穴对自由电子带负电荷电子电流动画演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子E＋－＋总电流载流子空穴带正电荷空穴电流本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化

4、，导电性变化。导电机制与一般导体的不同复合：与本征激发相反的现象在本征半导体中，电子空穴对不断产生，又不断消失，即自由电子在运动过程中若与空穴相遇，就会填补空穴，而使两者均消失，这种现象称为复合。在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。即在一定条件下，载流子（电子空穴对）的浓度一定。常温300K时：电子空穴对的浓度硅：锗：本征半导体有以下基本特性：（1）在绝对零度（）和无外界激发时，本征半导体中没有载流子，呈绝缘体特性。（2）温度升高→热激发→共价键中价电子进入导带→产生自由电子和空穴两种

5、载流子。（3）两种载流子：导带中的自由电子，电荷极性为负；价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电荷极性为正。（4）热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电率很低。在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体，也称为掺杂半导体。（1）N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，使之在某些位置上取代硅（Si）原子，便可构成N型硅半导体。1-1-3杂质半导体（2）P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等，使之在某些位置上取代硅（S

6、i）原子，便可构成P型硅半导体。多余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对N型半导体空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对P型半导体++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关掺杂半导体示意图内电场E因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电

7、荷区阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层1.PN结的形成1-1-4PN结动画演示少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0势垒UO硅0.5V锗0.2V如果在PN结两端外加不同方向的电压，就可以破坏动态平衡，而呈现出单向导电性。（1）PN结加正向电压（2）PN结加反向电压2.PN结的单向导电性加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区外电场的方向与内

8、电场方向相反，即外电场削弱内电场。→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF正向电流（1）PN结加正向电压加反向电压——电源正极接N区，负极接P区外电场的方向与内电场方向相同，即外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IR0PN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。（2）PN结加反向电压PN结加正向电压时，具有较大的正向扩