第3章晶体二极管及其基本电路(new)ppt课件.ppt

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1、第3章半导体二极管及其基本电路3.1半导体的基础知识3.2PN结的特殊二极管成及特性3.3半导体二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.1半导体的基础知识3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用3.1.3杂质半导体3.1.1半导体材料3.1.1半导体材料根据物质导电能力(电阻率)的不同，将物质划分为导体、绝缘体和半导体。导体：具有大量自由电荷，电流容易通过的物质。（一般金属都是导体）；绝缘体：隔绝电流，使电流不能通过的物质。（如：橡胶、塑料、陶瓷、油脂等）；半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。典型的半

2、导体有：元素半导体（硅Si和锗Ge等）；化合物半导体（砷化镓GaAs等）。半导体的特点:1.半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2.半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。3.在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。目前用来制造电子器件的半导体材料主要是硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。由半导体材料做成的器件具有体积小、重量轻、寿命长、输入功率小和功率转换效率高等特点，所以广泛应用于现代技术当中。3.1.2半导体的共价键结构要理解半导体

3、材料的特性，就必须从半导体的原子结构谈起。与价电子密切相关，所以为了突出价电子的作用，我们采用图3–1所示的简化原子结构模型。图3–1原子的简化模型(c)在本征硅和锗的单晶中，原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(称为晶格)。由于原子间相距很近，价电子不仅受到自身原子核的约束，还要受到相邻原子核的吸引，使得每个价电子为相邻原子所共有，从而形成共价键。这样四个价电子与相邻的四个原子中的价电子分别组成四对共价键，依靠共价键使晶体中的原子紧密地结合在一起。图3–3是单晶硅或锗的共价键结构平面示意图。共价键中的电子，由于受到其原子核的吸引，是不能在晶体中自由移动的，所以

4、是束缚电子，不能参与导电。图3–2单晶硅和锗的共价键结构示意图Si284Ge28184硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构晶体：原子排列规则、有规律的物质。3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。本征半导体中的载流子——自由电子和空穴（1）稳定——在绝对零度(-273℃)时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。（2）本征激发——当温度升高时，键内电子因

5、热激发而获得能量。其中获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价键的束缚离开原子而成为自由电子。（3）空穴形成——与此同时在共价键内出现空位，如图3–3所示。空穴出现是半导体和导体的重要区别。图3–3本征激发产生电子和空穴（4）空穴移动——出现空穴，临近价电子就填补这个空位，周而复始的电荷迁移形成电流。（5）平衡——在本征半导体中，由于本征激发，产生电子、空穴对，使载流子浓度增加。与此同时，又会有相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，因而，会使电子和空穴在运动过程中相遇。这时电子填入空位成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这一过程称为复合。显

6、然，载流子浓度越大，复合的机会就越多。这样在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生与复合最终会达到一种热平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。本征半导体中载流子的浓度,除了与半导体材料本身的性质有关以外,还与温度有关,而且随着温度的升高,基本上按指数规律增加。因此,半导体载流子浓度对温度十分敏感。对于硅材料,大约温度每升高８℃,本征载流子浓度ni增加1倍；对于锗材料,大约温度每升高１２℃,ｎｉ增加1倍。除此之外,半导体载流子浓度还与光照有关,人们正是利用此特性,制成光敏器件。两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)

7、的运动空穴(在共价键以内)的运动结论：1.本征半导体中自由电子、空穴成对出现，且数量少2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。本征激发：形成自由电子、空穴对复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向移动。3.1.4杂质半导体:在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性能发生显著变化。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。根据掺入的杂质不同，有N型半导体和P型半导体两种。空穴：多数载流子（多子）自由电子：少数载流子（少子）载流子数空

8、穴数空位很容易俘获电子，