华科模电--CH03-1半导体二极管及其基本电路课件.ppt

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1、电子技术第三章半导体二极管及其基本电路模拟电路部分1第三章半导体器件§3.1半导体的基本知识§3.2PN结的形成及特性§3.3半导体二极管§3.4二极管基本电路及其分析方法§3.5特殊二极管2本章主要内容基本元件——二极管二极管的特点四种模型特殊二极管基本概念载流子、自由电子、空穴PN结基本电路开关电路、整流电路——普通二极管稳压电路——齐纳二极管3§3.1半导体的基本知识半导体材料半导体共价键结构本征半导体导电机理载流子、自由电子、空穴杂质半导体P型半导体N型半导体PN结41半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不

2、同,来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体材料:元素半导体:硅Si和锗Ge化合物半导体:砷化镓GaAs等。掺杂或制成其它化合物的材料:硼B和磷P52半导体的共价键结构硅和锗的晶体结构在硅和锗晶体中,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6共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子2半导体的共价键结构7半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使

3、它的导电能力明显改变。2半导体的共价键结构8完全纯净的、结构完整的半导体晶体。3本征半导体一、概念9二、本征半导体的导电机理在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,不存在载流子,它的导电能力为0,相当于绝缘体。(1)载流子、自由电子和空穴载流子:可以自由运动的带电粒子载流子的数目直接影响了导电能力+4+4+4+410+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子由于热激发,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。二、本征半导体的导电机理空穴是不是

4、载流子?11(2)本征半导体的导电机理+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。本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。12温度越高,载流子的浓度越高,本征半导体的导电能力越强。因此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。(2)本征半导体的导电机理134杂

5、质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体:掺入3价原子,如硼空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。N型半导体:掺入5价原子,如磷使自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。14+4+4+5+4多余电子磷原子1.由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为

6、少数载流子(少子)。一、N型半导体施主原子提供自由电子的五价杂质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。N型半导体中的载流子是什么?15二、P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子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。杂质半导体是否带电?16三、杂质半导体的示意表示法---------------------

7、---P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。17掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响,一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm312掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3四、杂质对半导体导电性的影响18本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念载流子、自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载

8、流子施主杂质、受主杂质19小结半导体本征激发只产生少量的电子-空穴对,空穴是半导体中的一种载流子。P型半导体中的多数载流子是空穴,少数载流子是自由电子;N型半导体中的多数载流子是自由电子,少数载流子是空穴。不管是P型还是N型半导体,它们都是电中性的。end20

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