第二章_晶体二极管ppt课件.ppt

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1、第二章晶体二极管(Diode)内容：1、简单讨论半导体的特性（熟悉常用术语）2、二极管特性——模型分析法（分段线性模型）应用电路整流稳压限幅positivenegative2.1半导体物理基础知识硅（Si）锗（Ge）砷化镓（GaAs）简化模型硅和锗的原子结构模型价电子硅和锗共价键结构原子晶阵四面体结构一本征半导体(IntrinsicSemiconductors)完全纯净,结构完整的半导体晶体。T=0K（–273℃），本征半导体中没有可移动的带电粒子（载流子），不能导电，相当于绝缘体。1、本征激发T↑（或光照）→价电子获得能量→挣脱共价键束缚→

2、自由电子→共价键中留下空位（空穴）空穴带正电能移动（价电子填补空位的运动）载流子本征激发→产生两种载流子（自由）电子空穴特征：成对出现，数目相等。复合：本征激发逆过程（电子空穴相遇→释放能量→成对消失）2、热平衡载流子浓度niT一定时，本征激发和复合达到动态平衡，此时载流子浓度ni是一定的。ni=p0=n0p0热平衡空穴浓度n0热平衡电子浓度ni是温度的函数。T↑→ni↑↑在室温（T=300K）时，硅的ni≈1.5×1010cm-3，锗的ni≈2.4×1013cm-3硅的原子密度为4.96×1022cm-3，ni仅为三万亿分之一。问题：本征半

3、导体导电能力很低。二、杂质半导体（DopedSemiconductor）掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。1、N型半导体掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。多数载流子（多子）：电子少数载流子（少子）：空穴n0p0=ni2n0=Nd+p0≈Nd（Nd＞＞ni）施主杂质（Donor）二、杂质半导体（DopedSemiconductor）掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。1、N型半导体掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。多数载流子（多子）：电子少数载流子（少子）：空穴n0p0=ni2n0=Nd+p0≈Nd

4、（Nd＞＞ni）施主杂质（Donor）2、P型半导体掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。多数载流子（多子）：空穴少数载流子（少子）：电子受主杂质（Acceptor）p0=Na+n0≈Na（Na＞＞ni）结论：①多子的浓度由杂质浓度决定；②少子的浓度与温度有关；③半导体器件温度特性差的根源2、P型半导体掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。多数载流子（多子）：空穴少数载流子（少子）：电子受主杂质（Acceptor）p0=Na+n0≈Na（Na＞＞ni）结论：①多子的浓度由杂质浓度决定；②少子的浓度与温度有关；③半导

5、体器件温度特性差的根源三、漂移和扩散（两种导电机理）1、漂移运动：载流子在电场的作用下的定向运动。漂移运动产生的电流——漂移电流（DriftCurrent）2、扩散运动：由于载流子浓度分布不均匀而产生的运动。扩散运动产生的电流——扩散电流（DiffusionCurrent）小结关键词：载流子目标：增加载流子（增加导电能力）主线：本征半导体杂质半导体P型：多空穴p0≈NaN型：多电子n0≈Ndni=p0=n0扩散运动载流子的运动实现导电漂移运动2.2PN结（半导体器件最基本单元）一、PN结形成PN结的形成(a)初始状态;(b)平衡状态;(c)

6、电位分布一边是P型半导体，一边是N型半导体，交界面处形成的特殊结构——PN结载流子浓度差很大→多子扩散运动（ID）→交界面处形成空间电荷区（PN结）→内电场→阻止多子扩散运动，少子产生漂移运动（IT方向与ID相反）→达到动态平衡（ID=IT）总电流为零→PN结宽度一定内建电位差VB热电压室温硅VB=0.5~0.7V锗VB≈0.2~0.3VT↑→VB↓(负温度系数)-2.5mV/℃二、PN结的伏安特性PN结在不同的运用状态下表现的特性不同，掌握这些特性是理解和使用晶体二极管、三极管的重要依据。1、正向特性（正向偏置）外电压与内电场方向相反→PN

7、结电位差↓→PN结宽度↓→总电场↓→破坏原来的平衡→扩散加剧，漂移减弱→形成较大的正向电流2、反向特性（反向偏置）外电压与内电场方向相同→PN结电位差↑→PN结宽度↑→总电场↑→破坏原来的平衡→阻止扩散，加剧漂移→形成非常小的反向电流（不计）IS：反向饱和电流，几乎与外加电压大小无关硅IS≈（10-9~10-16）A锗IS≈（10-6~10-8）AIS是温度敏感的参数T↑→IS↑PN反向运用3、伏安特性根据理论分析,二极管的电流与端电压存在如下关系:①正偏且（或V＞100mV）上式简化为：②反偏且时，PN结的伏安特性工程上定义：导通电压，用V

8、D(on)表示，认为V>VD(on)时，PN结正向导通，I有明显数值，而V