最新第1章-半导体二极管及其应用电路教学讲义PPT课件.ppt

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1、第1章-半导体二极管及其应用电路1.1PN结1.1.1半导体的基础知识图1.1表示的是由二极管、灯泡、限流电阻、开关及电源等组成的简单电路。电路演示如下:按图1.1(a)所示,闭合开关S,灯泡发光,说明电路导通。若二极管管脚调换位置,如图1.1(b)所示,闭合开关S,灯泡不发光,由以上演示结果可知:二极管具有单向导电性。图1.1半导体二极管导电性能的实验当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上

2、留下一个空位,这个空位称为空穴,如图1.3所示。图1.3本征激发产生电子空穴对示意图自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上,如图1.4所示。为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷

3、的载流子,它所带电荷和电子相等,符号相反。由此可见,本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同,如图1.5所示。图1.4电子与空穴的移动图1.5两种载流子在电场中的运动3．杂质半导体1)N型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导体,如图1.6(a)所示。在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。2)P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素

4、杂质,如硼（或铟）等。硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性能。P型半导体共价键结构如图1.6(b)所示。图1.6掺杂质后的半导体(a)N型半导体；(b)P型半导体在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子(简称“多子”),自由电子为少数载流子(简称“少子”)。导电以空穴为主,故此类半导体又称为空穴型半导体。1.1.2PN结及其单向导电特性1.PN结的形成在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半

5、导体,另一边形成N型半导体。在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。2.PN结的单向导电特性在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。1)PN结正向偏置给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏

6、),如图1.7所示。由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向导通状态。图1.7PN结加正向电压2)PN结反向偏置给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏),如图1.8所示。图1.8PN结加反向电压由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。应当指出,少数载流子是由于

7、热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大。综上所述,PN结具有单向导电性,即加正向电压时导通,加反向电压时截止。1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构、符号及类型1．结构符号二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.9所示,在图1.9(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。图1.9二极管结构、符号及外形举例(a)结构；(b)符号；(c)外形2．类型(1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。(2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面接触型二极管。(3）按用途分:有整流、

8、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。(4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。(5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。1.2.2半导体二极管的命名方法半导体器件的型号由五个部分组成,如图1.1