半导体基础知识及二极管

《半导体基础知识及二极管》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章半导体二极管及其基本电路半导体PN结的形成及特性半导体二极管（diode）二极管基本电路及其分析方法特殊二极管§2.1半导体导体容易传导电流的称为导体。如金属。绝缘体几乎不传导电流的称为绝缘体。如橡胶，陶瓷。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间，并且受到外界光和热的刺激或加入微量的杂质时，导电能力将发生显著变化的物质称为半导体。如硅(Si)，锗(Ge)。一、本征半导体本征半导体完全纯净的，结构完整的半导体晶体称为本征半导体。+4+4+4+4+4共价键束缚电子图半导体的原子结构示意图（a）硅原子

2、；（b）锗原子；（c）简化模型+4+4+4+4+4自由电子空穴挣脱共价键的束缚自由活动的电子空穴自由电子束缚电子成为自由电子后，在共价键中所留的空位。二、杂质半导体杂质半导体电子半导体(Negative)空穴半导体(Positive)加+5价元素磷(P)、砷(As)、锑(Sb)加+3价元素硼(B)、铝(Al)、铟(In)、钙(Ga)元素周期表1、电子半导(Negative)——N型半导体+5价元素磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等在硅晶体中给出一个多余电子，故叫施主原子。电子数目=空穴数+正离子数

3、（主要来自杂质）（主要来自本征半导体）（全部来自杂质）多数载流子：电子少数载流子：空穴2、空穴半导(Positive)——P型半导体+3价元素硼(B)、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)等在硅晶体中接受一个电子，故叫受主原子。空穴数目=电子数+负离子数（主要来自杂质）（主要来自本征半导体）（全部来自杂质）多数载流子：空穴少数载流子：电子§2.2PN结的形成及特性一、PN结1952年第一个PN结形成。PNPN内电场PN结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

4、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最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。二、PN结的单向导电性PN结的单向导电性是其基本特性1、外加正向电压外加电场方向与内电场方向相反PN内电场外电场IF2、外加反向电压外加电场方向与内电场方向相同PN内电场外电场ISIS

5、很小，就可以看作PN结在外加反向偏置时呈现出很大的阻值。3、PN结的反向击穿PN结的外加反向电压增大到一定的数值时，反向电流会突然增加，这个现象称为PN结的反向击穿。反向击穿热击穿电击穿可利用的，可逆的有害的，易烧坏PN结根据产生击穿的原因可分为：雪崩击穿齐纳击穿外加电场作用产生碰撞电离，形成倍增效应。在杂质浓度特别大的PN结中，外加电场直接破坏共价键，产生电子空穴对。4、PN结的V—I特性PN结的V-I特性如图所示vDiDISVBR反向饱和电流反向击穿电压注:VD为PN结的外加电压,VT为温度的

6、电压当量,约为0.026V,IS为反向饱和电流。e=2.718285、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。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：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！清华大学华成英hchya@tsinghua.edu.cn问题为什么

7、将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？为什么半导体器件有最高工作频率？§2.3半导体二极管（diode）半导体二极管就是一个PN结。一、半导体二极管的结构结构不同点接触型面接触型：适用于高频检波和数字电路开关。：适用于整流掺杂质浓度不同对称PN型P+N型PN+型按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。按封

8、装形式分:有塑封及金属封等二极管。按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管常见二极管外形点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。二极管外形二、二极管的V—I特性图二极管伏安特性曲线二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也