模电第三章讲解

由此可以得出结论： PN结具有单向导电 性。
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(3) PN结V-I 特性表达式
iD IS (e
其中
vD / VT
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IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量 且在常温下（T=300K） PN结的伏安特性
kT VT 0.026V 26 mV q
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3.2.4 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增加到 一定数值时，反向电流突然 快速增加，此现象称为PN结 的反向击穿。 雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
热击穿——不可逆
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3.2.5 PN结的电容效应
(1)势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
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3.1.3 本征半导体
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
共价键 由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 5 的浓度加大。
3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性
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
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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
3.1.4 杂质半导体
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3.1.1 半导体材料
1、什么是半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受 原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能 导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们 原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间
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3.2.2 PN结的形成
在一块本征半导体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如下物理过程: 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 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,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
3.2 PN结的形成及特性
3.2.1 载流子的漂移与扩散
3.2.2 PN结的形成
3.2.3 PN结的单向导电性
3.2.4 PN结的反向击穿
3.2.5 PN结的电容效应
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3.2.1 载流子的漂移与扩散
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液 体、固体均有之。
N区自由电 子浓度远高 于P区。
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3.2.3 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结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运 动加剧，由于外电源的 作用，形成扩散电流， PN结处于导通状态。
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
3.3.3 二极管的主要参数
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3.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。 (1) 点接触型二极管
(2)扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： C j Cb Cd 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！
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3.3 半导体二极管
3.3.1 半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性
空穴比未加杂质时的数目多了？ 少了？为什么？
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3.1.4 杂质半导体
杂质半导体主要靠多数载流子 导电。掺入杂质越多，多子浓 度越高，导电性越强，实现导 电性可控。
磷（P）
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2. P型半导体
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
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在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电子 和带正电的空穴均参与导电，且 运动方向相反。由于载流子数目 很少，故导电性很差。
温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
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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。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。 多数载流子 1. N型半导体
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N 区的自由电子浓度降低，产生内电场。
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由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形 成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向 P区、自由电子从P区向N 区运动。
漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动 态平衡，就形成了PN结。
必要吗？
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(2) PN结加反向电压时 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩 散运动，有利于漂移运 动，形成漂移电流。由 于电流很小，故可近似 认为其截止。
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。 • 高电阻 • 很小的反向漂移电入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。 2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
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杂质半导体的简化表示法