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时间:2021-04-23
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1、1.1PN结1.1.1半导体基础知识1.1.2PN结1.2半导体二极管1.2.1基本结构、种类与符号1.2.2伏安特性1.2.3主要参数1.2.4使用注意事项1.3二极管应用1.3.1整流1.3.2检波1.3.3钳位1.3.4限幅1.3.5元件保护1.4特殊二极管1.4.1稳压二极管1.4.2发光二极管1.4.3光敏二极管1.4.4变容二极管1.4.5隧道二极管1.4.6肖特基二极管1.4.7片式二极管1.4.8快恢复二极管第1章半导体二极管及其应用目录本章要点:半导体基础知识PN结单向导电性半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用特殊二极管本章难点:半导体二极管伏安特性半导体
2、二极管应用第1章半导体二极管及其应用1.1PN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。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。1.半导体特性导电能力介于导体与绝缘体之间的,称之为半导体。(1)热敏性:导体的导电能力对温度反应灵敏,受温度影响大。当环境温度升高时,其导电能力增强,称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。(2)光敏性:导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时,导电能力增强,称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。(3)掺杂性:导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响
3、极大,称为掺杂性。1.1.1 半导体基础知识动画演示本征半导体的共价键结构束缚电子在绝对温度T=0K时,所有的价电子都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。2.本征半导体本征半导体——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”。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。空穴
4、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。与本征激发相反的现象——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。电子空穴对的浓度一定。常温300K时:电子空穴对的浓度硅:锗:自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对自由电子带负电荷逆电场运动电子流+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顺电场运动空穴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,导电性变化。导电机制3.杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。(1)N型半导体在
5、本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,砷等,称为N型半导体。N型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在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。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(2)P型半导体杂质半导体的示意图++++++++++++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——本征激发产生,与温度有关多子浓度——掺杂产生与,温度无关内电场E因多子浓度差形
6、成内电场多子的扩散空间电荷区阻止多子扩散,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1.2.1PN结1.PN结的形成动画演示少子漂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0.1V2.PN结的单向导电性(1)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电场方向相反。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正向电流动画演示(2)加反向电压——电源正极接N区,负极接P区外电场的方向
7、与内电场方向相同。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IRPN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。动画演示PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻,PN结导通;PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,PN结截止。由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。动画演示1.2半导体二极管二极管=PN结+管壳+引线NP1.结构符号阳极+阴极-1.2.1基本结构、种类
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