模拟电子技术 3 半导体二极管

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1、基本要求1、掌握二极管的结构特点、伏安特性和参数（含义、常见值）2、掌握双极结型三极管BJT的结构，工作原理（栅间电流分配），放大作用和开关特性。3、掌握场效应管的结构，工作原理，放大作用和开关特性。参见：模电书3章半导体二极管1一、半导体的特性根据物体导电能力(电阻率)的不同，分为导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。3.1半导体的基本知识1.导电能力：介于导体、绝缘体之间。2.光敏性、热敏性：0K时不导电，随着温度、光照增加，导电能力增强。3掺杂性：在纯净的半导体中掺入少量杂质，导电能力显著增强。2二、本征半导体、空

2、穴及其导电作用1.原子结构：以Si,Ge为例本征半导体——化学成分纯净、没掺入杂质的半导体。物理结构上呈单晶体形态。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SiGe32.共价键（晶体结构）共价键结构平面示意图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，T=0K=-273ºC时束缚电子能量不足以脱离共价键成为自由电子，相当于绝缘体。43.本征激发（热激发）当温度升高（例如室温）或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱共价键的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现一个空位，称这个空位

3、为空穴。这一现象称为本征激发，也称热激发本征激发而出现的自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对。5束缚电子从视为空穴从半导体中出现两种载流子自由电子空穴电量相等，极性相反，同时参与导电空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！空穴导电：空穴的移动是靠共价健中束缚电子的移动来实现的。因此说，空穴（与自由电子相同）也是一种载流子。6三、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。N型(电子)半导体——掺入五价杂质元素(如磷P)P型(空穴)半导体——掺入三价杂质元素(如硼B)7五价杂质原子中只有四个

4、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）,由本征激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，故称为施主杂质。1.N型半导体主要依靠自由电子导电!!!8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。因而三价杂质也称为受主杂质。2.P型

5、半导体空穴主要依靠空穴导电!!!9①掺杂对半导体的导电性能有很大的影响。T=300K室温下,本征Si的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31②多子浓度»少子浓度2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm33.掺杂对半导体导电性影响的数据又∵在杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度；而少子的浓度取决于温度。说明：∴杂质半导体导电能力主要由掺杂决定103.2.1载流子的漂移与扩散漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。3.2PN结的形成及特性113.2.2PN结的

6、形成在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。12因浓度差促使少子漂移阻止多子扩散∵正负离子不移动∴形成无载流子的空间电荷区，所以PN结也称耗尽层、势垒层。（很薄，几微米~几十微米）多子的扩散=少子的漂移即达到动态平衡稳定的空间电荷区称为PN结由杂质正负离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场0方向多子的扩散运动133.2.3PN结的单向导电性(1)PN结加正向电压(正偏)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。外电场E与内电场ε0方向相反削弱内电场使势垒区变窄

7、有利于多子扩散不利于少子漂移最后形成较大的正向电流14(2)PN结加反向电压(反偏)外电场E与内电场ε0方向一致加强了内电场，使势垒区变宽阻碍多子扩散有利于少子漂移最后形成很小的反向漂移电流（µA级）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，这个电流称为反向饱和电流IS。15PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流。PN结呈现低电阻，导通。PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流。PN结呈现高电阻，截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。16(3)PN结V-I特性表达式其

8、中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