半导体二极管及其应用课件.ppt

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1、第五章半导体二极管及其应用电路5.1半导体的基础知识5.2半导体二极管5.3单相整流滤波电路5.4稳压二极管及其稳压电路5.1半导体的基本知识5.1.1半导体材料5.1.2本征半导体5.1.3杂质半导体半导体的导电机制5.1.4PN结的形成及特性5.1.1半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。5.1.2本征半导体硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构1、半导体的共价键结构5.1.2本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半

2、导体。它在物理结构上呈单晶体形态。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。2、本征半导体中的载流子5.1.2本征半导体本征半导体中虽然存在两种载流子，但因本征载流子的浓度很低，所以总的来说导电能力很差。T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm32本征半导体的载流子浓度，除与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。因此，本征载流子的

3、浓度对温度十分敏感。5.1.3杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm312某种掺杂半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。5.1.3杂质半导体N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。1.N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周

4、围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。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。3.杂质对半导体导电性的影响

5、T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3掺入杂质，不仅本征半导体的导电能力有很大的提高，而且使其导电特性的稳定性（主要对温度变化）更强。4.杂质半导体载流子的漂移运动和扩散运动漂移运动：在电场作用下半导体中载流子的定向运动。漂移运动产生的电流称为漂移电流。当半导体局部光照或有载流子从外界流入，半导体内载流子浓度分布将不均匀，载流子会从浓度高的区域向浓度

6、低的区域运动。扩散运动：因浓度差而引起载流子的定向运动.扩散运动产生的电流称为扩散电流。半导体的载流子的运动是杂乱无章的热运动，不形成电流.5.1.4PN结的形成及特性1.PN结的形成2.PN结的单向导电性3.PN结的其他特性4.PN结的高频等效电路及最高工作频率1.PN结的形成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型半导体和P型半导体。此时，将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成PN结。将在N型和P型半导体的结合面上发生如下物理过程:因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散

7、和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区2.PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1)PN结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况低电阻大的正向扩散电流2.PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(2)PN结加反向电压时PN结加反向

8、电压时的导电情况高电阻很小的反向漂移电流在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有