电路与电子学基础 教学课件 作者 陈利永 第五章.ppt

《电路与电子学基础 教学课件 作者 陈利永 第五章.ppt》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、第二部分模拟电路基础第五章半导体二极管及其应用学习要点：1.半导体二极管和稳压管的结构。2.半导体二极管和稳压管的应用电路。5.1半导体基础知识5.1.1本征半导体导体就是可以导电的物体，如铜、铝、银等金属都是导体。绝缘体就是不能导电的物体。如橡胶、陶瓷、塑料等都是绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前制作半导体器件的主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。人们重视半导体主要的原因是：它的导电能力在不同的条件下有着显著的差异。例如，当有些半导体受到热或光的激发时，导电能力将明显增长。又如在纯净的半导体中掺以微量“杂质”元素，半导体的导电能力将猛增到几千、几万乃至上百万倍。利用半导体的热敏

2、、光敏特性制作成半导体热敏元件和光敏元件。利用半导体的掺杂特性制造了种类繁多、具有不同用途的半导体器件，如晶体二极管、晶体三极管、场效应管等。半导体材料导电能力变化的性质，取决于半导体材料的内部结构和导电机理。导体一般为低价的元素，这些元素的最外层电子很容易挣脱原子核的束缚而成为游离在晶格中的自由电子，晶格中自由电子数目多的物体，导电能力较强；自由电子数目少的物质，导电能力较小。绝缘体由高价元素或由高分子材料组成，这些物质共同的特点是：最外层电子受原子核的束缚力很强，很难成为晶格中的自由电子，所以晶格中自由电子的数目非常少，导电能力极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅和锗均是4价元素，它们的最

3、外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧，内部没有自由电子，所以半导体的导电能力会介于导体和绝缘体之间。5.1.2本征激发和两种载流子纯净的半导体称为本征半导体，本征半导体中的4价元素是靠共价键结合成分子，为本征半导体硅和锗晶体的原子结构示意图为。在常温下，本征半导体内部仅有极少数的价电子可以在热运动的激发下，挣脱原子核的束缚而成为晶格中的自由电子。与此同时，在共价键中将留下一个带正电的空位子，称为空穴。热运动激发所产生的电子和空穴总是成对出现的，称为电子-空穴对。本征半导体因热运动而产生电子-空穴对的现象称为本征激发。本征激发所产生的电子-

4、空穴对在外电场的作用下都会作定向移动而形成电流。自由电子的移动与导体中自由电子移动的方式相同，都将形成一个与自由电子移动方向相反的电流。空穴的移动可以看成是自由电子定向依次填充空穴而形成的，这种填充作用相当于教室的第一排有一个空位，后排的同学依次往前挪来填充空位，以人为参照系，人填充空位的作用等效于人不动，空位往后走。因空穴带正电，空穴的这种定向移动会形成与空穴运动方向相同的空穴电流。在电子技术中把参与导电的物质称为载流子。所以本征半导体中有两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。本征半导体导电能力的大小与本征激发的激烈程度有关，温度越高，由本征激发所产生的电子-空穴对越多，

5、本征半导体内部载流子的数目也越多，本征半导体的导电能力就越强，这就是半导体导电能力受温度影响的直接原因。本征半导体本征激发的现象还与原子的结构有关，硅的最外层电子离原子核比锗的最外层电子近，所以硅最外层电子受原子核的束缚力比锗的强，本征激发现象比较弱，热稳定性比锗好。5.1.3杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，可以使杂质半导体的导电能力得到改善，并受所掺杂质的类型和浓度的控制。由于掺入半导体中的杂质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体两大类。1．N型半导体在本征半导体硅（或锗）中，掺入微量的5价元素，如磷（P）。掺入的杂质并不改变本征半导体硅（或锗）的晶体结构，只是半导体晶格点阵中的某

6、些硅（或锗）原子被磷原子所取代。5价元素的4个价电子与硅（或锗）原子组成共价键后将多余一个价电子。这一多余的电子不受共价键的束缚，只需获得较小的能量，就能挣脱原子核的束缚而成为自由电子。于是，半导体中自由电子的数量剧增。成为自由电子导电的半导体。2．P型半导体在本征半导体中掺入微量的3价杂质元素，如硼（B）。杂质原子取代晶体中某些晶格上的硅（或锗）原子，3价元素的3个价电子与周围4个原子组成共价键时，缺少一个电子而产生了空位。此空位不是空穴，所以不是载流子，但是邻近的硅（或锗）原子的价电子很容易来填补这个空位，于是在该价电子的原位上就产生了一个空穴，而3价元素却因多得了一个电子而成了负离子。在

7、这类半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目，导电是以空穴载流子为主，故称空穴型半导体，简称P型半导体。杂质半导体增强了半导体的导电能力，利用特殊的掺杂工艺，可以在一块晶片的两边分别生成N型和P型半导体，在两者的交界处将形成PN结。PN结具有单一型的半导体所没有的特性，利用该特性可以制造出各种类型的半导体器件。1．PN结的形成单个的P型半导体或N型半导体内部虽然有空穴或自由电子，但整体是电中性的，