汽车电工电子技术基础 第7章.ppt

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1、第7章半导体二极管张军汽车工程学院一、半导体基础知识1.半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）和硒（Se）等。一般半导体材料为四价元素硅锗半导体的特性描述热敏特性温度升高或受到光照，半导体材料的导电能力增强光敏特性掺杂特性本征半导体中掺入某种微量元素（杂质）后，它的导电能力增强，利用该特性可形成杂质半导体2.本征半导体纯净的不含任何杂质的半导体叫做本征半导体。在绝对温度零度(即0K，相当于-273℃)，且无外界激发时，本征半导体每一外围电子被共价键所束缚，半导体内部无电子存在，

2、和绝缘体一样不导电。但在室温下，仅有少数价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子（称为热激发），并在相应的共价键中留下空穴本征激发E空穴移动产生电流代表束缚电子移动产生电流结论：由此可见,在本征半导体中，共价键或束缚电子移动产生电流的根本原因是由于空穴而引起的。我们可以将空穴看成一个带正电荷的粒子，在外加电场作用下，它可以自由的移动，移动的方向和电流的方向相同。所以空穴也是一种载流子空穴越多，半导体中的载流子数目就越多，因此形成的电流越大半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中,自

3、由电子与空穴是同时成对产生的,因此,它们的浓度是相等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度ni=pi下标i表示为本征半导体载流子的产生与复合价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同时自由电子在运动过程中失去能量,与空穴相遇,使电子、空穴对消失,这种现象称为复合。在一定温度下,载流子的产生过程和复合过程是相对平衡的,载流子的浓度是一定的。3.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。掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。按掺入杂质的性质不同，分N型半导体和P

4、型半导体（1）N型半导体在本征半导体中，掺入微量五价元素，如磷、锑、砷等，可形成N型半导体。由于五价杂质原子可提供自由电子，故称为施主原子。N型半导体中，自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。自由电子施主原子N型半导体特点Ｎ型半导体中,自由电子为多数载流子；空穴为少数载流子。半导体仍呈电中性（2）P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。由于三价杂质原子容易吸收电子，故称为受主原子。P型半导体中，空穴称为多数载流子，自由电子称为少数载流子。受主原子空穴P型半导体特点P型半导

5、体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。半导体仍呈电中性4.载流子的漂移与扩散1）漂移由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移2）扩散由于载流子浓度的差异而导致载流子的运动称为扩散二、二极管1.PN结在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的交界区域会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结杂质浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区形成内电场促使少子漂移、阻止多子扩散达到动态平衡扩散运动和漂移运动是相互矛盾的，少数载流子的漂移运动使空间电荷区变窄2.PN结的导电性1）PN结正向偏置给PN

6、结加正向电压，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。只有外电压增加到某一值时，才产生较大的扩散电流，该电压称PN结的死区电压，一般硅材料为0.7V，锗材料为0.3V,由上可知,PN结正向偏置时导通电流很大（外加电压大于死区电压时）。2）PN结反向偏置当PN结的P型区接外电源负极，N型区接外电源正极时称反向偏置在内电场的作用下，N型区中的少数载流子（空穴）越过PN结进入P区；P型区中的少数载流子（自由电子）越过PN结进入N型区，于是在外电源的作用下形成了连续不断的由N型区流向P型区的电流，称为反向电流扩散电流几乎

7、为0，反向电流很小PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。总结：3．二极管的结构和类型以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管。与P区相连的引线称为阳极，用“+”表示，与N区相连的引线称为阴极，用“-”表示。按结构分二极管有点接触型和面接触型。点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金结电容小工作频率低三、二极管的伏安特性伏安特性就是管子两电极间所加的电压与其流过的电流之间的关系曲线

8、。电压的单位为伏（V），电流的单位为安（A）、毫安、微安等。正向特性、反向特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD=0Uth=0.5V0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0UUth反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)U