第2章 半导体二极管及其基本应用电路ppt课件.ppt

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1、第2章半导体二极管及其基本应用电路2.1引言2.2半导体基础知识2.3PN结2.4半导体二极管2.5稳压二极管2.6其他类型二极管2.1引言1.杂质半导体的导电性能强于本征半导体吗？为什么温度能够影响半导体的导电性？2.PN结为什么具有单向导电性？当温度升高时，PN结的伏安特性曲线如何变化？3.半导体二极管的理想模型、恒压降模型、折线化模型和小信号模型各适用于什么场合？4.稳压二极管是利用了PN结的什么特性而制作的？在稳压二极管稳压电路中限流电阻起什么作用？5.发光二极管、光电二极管、肖特基二极管、变容二极

2、管的工作原理如何？它们适用于什么场合？2.2半导体基础知识2.2.1本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1.导体、半导体和绝缘体PNJunction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

3、某些杂质，会使它的导电能力明显改变。光敏器件二极管+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键本征半导体结构示意图2.共价键结构当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的　　　　自由电子和空穴自由电子空穴若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但

4、很微弱。空穴可看成带正电的载流子。3.两种载流子2.2.2　杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体1.N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如　　磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型　　半导体)。常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度。电子称为多数载流子(简称多子)

5、，空穴称为少数载流子(简称少子)。5价杂质原子称为施主原子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子N型半导体2.P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。3价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴P型半导体说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂质半导体

6、载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体杂质半导体的的简化表示法在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结PN结的形成1.PN结的形成2.3　PN结PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN扩散运动扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho——电位壁

7、垒；——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。对称结即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。PN不对称结2.3.2PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。PN

8、什么是PN结的单向导电性？有什么作用？在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。耗尽层PN结加反相电压时截止反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感