电子技术基础（第2版）教学课件作者叶丽第1章.ppt

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1、1.1半导体与PN结1.2半导体二极管1.3二极管整流电路1.4滤波电路第1章半导体二极管及应用电路自然界的物质，按导电能力的不同，可分为导体、绝缘体和半导体三大类。通常将电阻率小于10-4Ω·cm的物质称为导体，例如金、银、铜、铁等金属都是良好的导体。电阻率大于109Ω·cm的物质称为绝缘体，例如橡胶、塑料等。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。1.1.1半导体的基本知识常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。半导体除了有与其他物质不同的导电能力之外，还有许多特点，如受到外界影响（光照、温度变化）或掺入杂质时，其电阻会显

2、著变化。利用半导体的这些特性，人们可制造出各种半导体器件。1.本征半导体纯度很高、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。理想的本征半导体是由单一元素构成的单晶硅。硅和锗的原子结构示意图如图1-1所示，它们的最外层电子数为4个，这层电子受原子核的束缚力较弱，称为价电子，所以硅和锗都是四价元素。1.1半导体与PN结返回下一页在硅晶体中，价电子不仅受到自身原子核的约束，同时还会受到相邻原子核的吸引。因此，价电子一方面围绕自身原子核运动，另一方面又会出现在相邻原子核的轨道上，形成稳定的共价键结构。由于价电子不易摆脱原子核束缚成为自由电子，因此本征半导体导电能力较差。

3、本征半导体晶体结构示意图如图1-2所示。但是，如果能从外界获得能量，有少数价电子就会挣脱共价键的束缚成为自由电子。与此同时，在共价键上留下一个空位，称为空穴。由于存在空位，使附近共价键的价电子很容易过来填补，于是又留下一个新的空位。其他地方的电子又有可能来填补后一个空位。从效果上看，这种电子填补空穴的运动，相当于带正电的空穴在运动一样，所以空穴是带正电的载流子。在本征半导体中，电子和空穴总是成对出现的，称为电子—空穴对。这时电子和空穴的数目总是相等的。随着温度升高，电子—空穴的数量增多，半导体的导电性增强。1.1半导体与PN结返回下一页上一页2.杂质半导体

4、如果在本征半导体中掺入微量的杂质，其导电能力会显著变化。根据掺入杂质的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。（1)P型半导体。在本征半导体硅中掺入微量的三价元素硼（B），就形成P型半导体，如图1-3所示。硅原子与硼原子组成共价键时少一个电子，即产生一个空穴。每掺入一个硼原子就提供一个空穴，而相邻硅原子中的价电子有可能过来填补这个空穴，使硼原子多出一个电子，成为带负电的离子。P型半导体中空穴的浓度比电子的浓度高得多，它主要靠空穴导电。（2)N型半导体。在本征半导体中掺入微量的五价元素磷（P）就形成N型半导体，如图1-4所示。拥有5个价电子的磷原子与周围的硅原

5、子组成共价键时，会多出一个价电子，这个电子很容易成为自由电子，所以N型半导体中自由电子的浓度比空穴的浓度高得多，它主要靠自由电子导电。1.1半导体与PN结返回下一页上一页1.1.2PN结及单向导电性1.PN结的形成当采用某种方法使半导体中一部分区域成为P型，另一部分区域成为N型半导体时，其交界上就会形成一个很薄的空间电荷区，如图1-5所示。由于交界面两侧存在载流子浓度差，P区中的多数载流子（空穴）就要向N区扩散；同样，N区的多数载流子（电子）也向P区扩散。在扩散中，电子与空穴复合，因此在交界面上，靠N区一侧就留下不可移动的正电荷离子，而靠P区一侧就留下不可

6、移动的负电荷离子，从而形成空间电荷区。在空间电荷区产生一个从N区指向P区的内电场（自建电场)。随着扩散的进行，内电场不断增强。内电场的加强又反过来阻碍扩散运动，但却使P区的少数载流子电子向N区漂移，N区的少数载流子空穴向P区漂移。1.1半导体与PN结返回下一页上一页当扩散和漂移达到动态平衡时，即扩散运动的载流子数等于漂移运动的载流子数时，就形成一定厚度的空间电荷区，称其为PN结。在这个空间电荷区内，能移动的载流子极少，故又称为耗尽层或阻挡层。2.PN结的单向导电性PN结外加正向电压（称为正向偏置），即电源正极接P区，负极接N区，如图1-6（a）所示。这时，

7、外电场方向与内电场方向相反，内电场被削弱，空间电荷区变薄，多数载流子的扩散运动大大超过少数载流子的漂移运动。同时电源的不断向P区补充空穴，向N区补充电子，其结果使电路中形成较大的正向电流，PN结处于正向导通状态。PN结外加反向电压（称为反向偏置），就是将电源的正极接N区，负极接P区，如图1-6（b)所示。这时外电场方向与内电场方向一致，空间电荷区变厚，多数载流子的扩散运动受到阻碍，但少数载流子的漂移运动得到加强。由于少数载流子的数目很少，故只有很小的电流通过，PN处于几乎不导电的截止状态。1.1半导体与PN结返回下一页上一页综上所述，PN结正向偏置时，处于

8、导通状态，有较大电流通过；PN结反向偏置时，处于截止状态，反向电流