电子技术基础模拟部分(第五版)康华光课件PPT第三章分解

(b)面接触型
(c)平面型
2.3 半导体二极管
一、基本结构 3、半导体二极管图片
2.3 半导体二极管
一、基本结构 3、半导体二极管图片
2.3 半导体二极管
一、基本结构 3、半导体二极管图片
半导体二极管的伏安特性曲线
第一象限的是正 向伏安特性曲线， 第三象限的是反向 伏安特性曲线。
I I S (e
动画
总之：PN结正向电阻小，反向电阻 大——单向导电性。
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半导体二极管 半导体二极管
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。 单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负 极时电流可以通过。反之电流不能通过。 符号：
半导体二极管的结构
一、基本结构 2、分类 PN结面积小，结电 容小，用于检波和变频等 高频电路。
+4 +4 +3 +4
+4 +4 +4
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N 型半导体的多数载流子为电子，少数载流子是空穴； P 型半导体的多数载流子为空穴，少数载流子是电子。 例：纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级，
10 在室稳下，载流子浓度为 ni=pi=1010数量级，
掺入百万分之一的杂质（1/10-6），即杂质浓度 为1022*（1/106）=1016数量级，
本征激发
+4
空穴
+4 +4
+4 +4 +4
+4 +4 +4
动画1-1
+4 +4 +4
自由电子
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， 这个空位为空穴。 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电 返回 子空穴对。
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。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。
VD
VT
1)
式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的 电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳 兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对 于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。
上式可解释如下： （1）当二极管的PN结两端加正向电压时，电压VD为正 值，当VD比VT大几倍时，式中的 远大于1。这 D T 样，二极管的电流iD与电压VD成指数关系，如上图中的 正向电压部分。
N型半导体（电子型半导体）
在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ) 多余电子， 成为自由电子 自由电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +5 +4 返回 +4 +4
P型半导体（空穴型半导体）
在本征半导体中掺入三价的元素（硼）
空穴 空穴
+4 +4 +4
+4 +4 +3 +4
半导体二极管及基本电路
半导体的基本知识
PN结的形成及特性 半导体二极管
★二极管基本电路分析
特殊二极管
半导体的基本知识 半导体的基本知识
根据物体导电能力(电阻率)的不同，划分为导体、绝缘 体和半导体。 半导体的电阻率为10-3～109 cm。典型的半导体有硅 Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的特点：1）导电能力不同于导体、绝缘体； 2）受外界光和热刺激时电导率发生很大变化——光敏元件、 热敏元件； 3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。
则掺杂后载流子浓度为1016+1010，约为1016数量级，
比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。
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PN 结的形成及特性 PN 结的形成及特性
PN结的形成 PN结的单向导电性
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。
+ 三价的元素
产生多余空穴
+ 五价的元素
本征半导体、空穴及其导电作用 杂质半导体
半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四 个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的 价电子形成共价键。 原子按一定规律整齐排列，形成晶体点阵后， 结构图为：
+4 +4
+4 +4
+4 +4
+4 +4
+4
+4
+4
+4
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本征半导体、空穴及其导电作用
(1) 点接触型二极管
二极管的结构示意图
(a)点接触型
2.3 半导体二极管
一、基本结构 2、分类 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路 制造艺中。PN 结面积 可大可小，用于高频整 流和开关电路中。
(2) 面接触型二极管
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
P N P 型支持衬底
本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 载流子——可以自由移动的带电粒子。
电导率——与材料单位体积中所含载流子数 有关，载流子浓度越高，电导率越高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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电子空穴对
当T=0K和无外界激发时，导体中没有栽流子，不导电。当 温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子 可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为 自由电子 —— 本 证激发。
动画
（2）PN结加反向电压
外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同，加强 了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散 电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下 形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN 结呈现高阻性。 P区的电位低于N区的电位，称为加反 向电压，简称反偏。
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。
产生多余电子
动画
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
PN结的单向导电性
(1) PN结加正向电压
外加的正向电压，方 向与PN结内电场方向相反， 削弱了内电场。于是,内 电场对多子扩散运动的阻 碍减弱，扩散电流加大。 扩散电流远大于漂移电流， 可忽略漂移电流的影响， PN结呈现低阻性。P区的 电位高于N区的电位，称 为加正向电压，简称正偏。
ev v
（2）当二极管加反向电压时，VD为负值。若|VD|比VT 大几倍时，指数项趋近于零。因此iD=–Is，如上图中的 反向电压部分所示。可见反向饱和电流Is是个常数，不 随外加反向电压的大小而变动。
v v e
D
T
(1) 正向特性
正向区分为两段： 当0＜V＜Vth时，正 向电流为零，Vth称死 区电压或开启电压。 当V ＞Vth时，开始 出现正向电流，并按 指数规律增长。