康华光四版模电第三章ppt课件.ppt

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1、3.1半导体的基本知识3.3二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性3半导体二极管及基本电路3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体的导电作用3.1.4杂质半导体导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体(semiconductor)：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体(insulator)：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。§3

2、.1.1半导体材料§3.1.1半导体材料半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。§3.1.2半导体的共价键结构GeSi动画演示§3.1.2半导体的共价键结构硅和锗的共价键(covalentbond)结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子动画演示§3.1.3本征半导体的导电作用1.本征半导体(intrinsicorpureinsulator)硅和锗的晶体结构：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。§3.

3、1.3本征半导体的导电作用2.载流子、自由电子和空穴(carrier、freeelectronsandholes)+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子动画演示§3.1.3本征半导体的导电作用3.载流子的产生与复合+4+4+4+4本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。动画演示§3.1.4杂质半导体1.P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。动画演示§3.1.4杂质半导体2.N型半导体+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空

4、穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。动画演示3.2PN结的形成及特性3.2.1载流子的漂移与扩散3.2.2PN结的形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应§3.2.2PN结的形成P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散(diffusion)的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移(drift)运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层

5、。§3.2.2PN结的形成漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。动画演示§3.2.2PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0§3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunction)正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大

6、空间电荷区变薄PN+_正向电流动画演示§3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunction)反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级动画演示§3.2.4PN结的反向击穿电击穿(可逆)热击穿(不可逆)击穿雪崩击穿(avalanchebreakdown):碰撞,载流子倍增效应。齐纳击穿(zenerbreakdown):局部电场增强,分离。整流二极管雪崩击穿(多数)稳压二极管齐纳击穿(多数)击穿§3.2.5PN结的电容效应PN结的两种电容效应：扩散电容CD和

7、势垒电容CBPN结处于正向偏置时，多子的扩散导致在P区（N区）靠近结的边缘有高于正常情况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓度可视为电荷存储到PN结的邻域PN结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关性能1.扩散电容§3.2.5PN结的电容效应PN结反向偏置时，载流子数目很少，扩散电容可忽略1.扩散电容§3.2.5PN结的电容效应势垒区是积累空间电荷的区域，当反向偏置电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化2.势垒电容类似于平板电容器两极板上电荷的变化§3.2.5PN结的电容效应PN结的电容效应是扩散电容和势垒电容的综合反映，在高频运用时，须考虑

8、PN结电容的影响PN结电容的大小与本身的结构和工艺及外加电压有关。正偏时，结电容较大（主要决定于扩散电容）；