模电第2章半导体二极管及其基本电路

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1、电子技术第二章半导体二极管模拟电路部分第二章半导体二极管及其基本电路§2.1半导体的基本知识§2.2PN结的形成及特性§2.3半导体二极管§2.4二极管基本电路及其分析方法§2.5特殊二极管半导体的基本知识（1）自然界的物体根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分为导体、绝缘体和半导体。半导体Semiconductor半导体的特性1）当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。2）往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。GeSi半导体材料：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体材料。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓

2、GaAs等。半导体的基本知识（2）在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：半导体的共价键结构半导体的基本知识（3）共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。半导体的基本知识（4）共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此半导体中的自由电子极少，所以半导体在常温下几乎不导电。共价

3、键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4半导体的基本知识（5）本征半导体（1）本征半导体(IntrinsicSemiconductors)完全纯净的、结构完整的半导体晶体。本征半导体的导电机理在绝对0（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发（本征激发），使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子本征半导体中存在数量相等的

4、自由电子和空穴。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。本征半导体（2）+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体（3）温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。本征半导体（4）杂质半导体（1）杂质半导体(Extrinsic

5、Semiconductors)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。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。杂质半导体（2）N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子(多子），它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质

6、原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。电子空穴对电子正电荷量=施主原子+本征激发的空穴负电荷量=施主释放的电子+本征激发的电子电子空穴对（平衡）不能移动N型半导体整体呈电中性，电子是多数载流子杂质半导体（3）P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。空穴电子空穴对负电荷量=受主原子+本征激发的电子正电荷量=硅失电子释放的空

7、穴+本征激发的空穴电子空穴对（平衡）不能移动P型半导体整体呈电中性，空穴是多数载流子PN结的形成在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多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡，PN结形成。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区P区N区空间电荷区内电场1.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴.N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N区中的空穴（都是少子）数量有限，因此由它们的运动（漂移运动）形成的电流很小。注意:PN结的

8、特性PN结的性质—PN结的单向导电性（1）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(ForwardBias)PN结加正向电压时（For