1、第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用（1）了解本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體和）了解本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體和PN結(jié)的結(jié)的形成及其特性。形成及其特性。（2）掌握晶體二極管的特性和主要參數(shù)。）掌握晶體二極管的特性和主要參數(shù)。（3）掌握普通二極管、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的基本）掌握普通二極管、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的基本電路的組成、工作原理及分析方法。電路的組成、工作原理及分析方法?；疽螅夯疽螅?本征激發(fā)本征激發(fā): : 一分為二一分為二，載流子濃度，載流子濃度增加增加。復(fù)合復(fù)合: 合二為一合二為一，載流子濃度，載流子濃度減少減少。在一定溫度下，電子在一定溫度下，電子- -空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合同時(shí)存在

2、空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定。并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定。由于由于本征激發(fā)本征激發(fā)，在半導(dǎo)體中，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生產(chǎn)生出數(shù)量相的出數(shù)量相的兩種兩種載流子：自由電子（負(fù)電荷）和空穴（正載流子：自由電子（負(fù)電荷）和空穴（正電荷）（即電子電荷）（即電子- -空穴對(duì)）空穴對(duì)）, ,使載流子濃度增加。使載流子濃度增加。1. 本證半導(dǎo)體本證半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素（稱(chēng)為雜質(zhì)）會(huì)使在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素（稱(chēng)為雜質(zhì)）會(huì)使半導(dǎo)體中的半導(dǎo)體中的某一種載流子濃度增加某一種載流子濃度增加，因而會(huì)使其導(dǎo)電，因而會(huì)使其導(dǎo)電性能

3、發(fā)生顯著變化。性能發(fā)生顯著變化。與提高溫度的原因不同與提高溫度的原因不同提高溫度會(huì)提高溫度會(huì)同時(shí)增加同時(shí)增加電子和空穴電子和空穴兩種載流子的數(shù)量?jī)煞N載流子的數(shù)量，電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同可分為根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同可分為 一、N型半導(dǎo)體在本征在本征Si中摻入少量中摻入少量五價(jià)五價(jià)磷磷(P)元素元素，因，因P原子的最外層有五原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，故就多出一個(gè)個(gè)價(jià)電子，故就多出一個(gè)鍵鍵外電子外電子。這個(gè)電子受。這個(gè)電子受P原子的原子的束縛很弱，很容易被激發(fā)而束縛很弱，很容易被激發(fā)而成為成為自由電子自由電子，這樣每個(gè)

4、，這樣每個(gè)P原原子因給出一個(gè)電子，成了不子因給出一個(gè)電子，成了不能移動(dòng)的能移動(dòng)的帶正電的離子帶正電的離子，故故P原子原子被稱(chēng)為被稱(chēng)為施主原子施主原子。 圖圖 6. N型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖1. 由施主原子電離產(chǎn)生的電子，濃度與施主正離子相同由施主原子電離產(chǎn)生的電子，濃度與施主正離子相同2. 本征激發(fā)成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴本征激發(fā)成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴這種雜質(zhì)這種雜質(zhì)( (N型型) )半導(dǎo)體中的載流子就有以下兩種：半導(dǎo)體中的載流子就有以下兩種： 因?yàn)閾诫s濃度遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的載流子濃度，所以，因?yàn)閾诫s濃度遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的載流子濃度，所以， 在在N N型半導(dǎo)體中：型半導(dǎo)體中：自由電

5、子自由電子- -多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)多子；多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)多子；空穴空穴- -少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)少子少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)少子二、P型半導(dǎo)體在本征在本征Si中摻入少量中摻入少量三價(jià)三價(jià)硼硼(B)元素元素，因，因B原子的最外層有三原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，故出現(xiàn)一個(gè)個(gè)價(jià)電子，故出現(xiàn)一個(gè)空位空位。這個(gè)空穴可以吸引鄰近這個(gè)空穴可以吸引鄰近Si原原子共價(jià)鍵中的束縛電子來(lái)填子共價(jià)鍵中的束縛電子來(lái)填補(bǔ)，這樣補(bǔ)，這樣B原子原子因接受一個(gè)電因接受一個(gè)電子而成為不能移動(dòng)的子而成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電帶負(fù)電的離子的離子，同時(shí)在鄰近，同時(shí)在鄰近產(chǎn)生產(chǎn)生一一個(gè)個(gè)空穴空穴。B原子稱(chēng)為原子稱(chēng)為受主原子受主原子。 圖圖 7. P型半導(dǎo)體原

6、子結(jié)構(gòu)示意圖型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖與溫度幾乎無(wú)關(guān)與溫度幾乎無(wú)關(guān)與溫度密切相關(guān)與溫度密切相關(guān)PN 結(jié)的形成步驟結(jié)的形成步驟 最終，多子的擴(kuò)散和少子的漂移這一對(duì)相反的運(yùn)最終，多子的擴(kuò)散和少子的漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。動(dòng)達(dá)到平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。由于這個(gè)由于這個(gè)空間電荷區(qū)缺少載流子，所以也稱(chēng)耗盡層。空間電荷區(qū)缺少載流子，所以也稱(chēng)耗盡層。PN結(jié)的形成結(jié)的形成PN耗盡區(qū)耗盡區(qū)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)UB圖圖 11. 正向偏置的正向偏置的PN結(jié)結(jié)ER外外電場(chǎng)電場(chǎng)U外外+IF 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦砸?、一、PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓（正極接正極接P區(qū)，負(fù)極

7、接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)）區(qū)）耗盡層寬度減小耗盡層寬度減小, 內(nèi)電場(chǎng)減弱內(nèi)電場(chǎng)減弱(外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)), 動(dòng)態(tài)平衡被打破動(dòng)態(tài)平衡被打破, 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過(guò)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過(guò)漂移運(yùn)動(dòng),與此同時(shí)，電源不斷與此同時(shí)，電源不斷向向P 區(qū)補(bǔ)充正電荷，向區(qū)補(bǔ)充正電荷，向N 區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，結(jié)果區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，結(jié)果在電路中形成了較大的在電路中形成了較大的正向擴(kuò)散電流正向擴(kuò)散電流IF, 且且IF隨隨正向電壓的增大而增大正向電壓的增大而增大正向正向PN結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很小的電阻結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很小的電阻圖圖 12.反向偏置的反向偏置的PN結(jié)結(jié)ERPN耗盡區(qū)耗盡區(qū)+二二、 PN結(jié)

8、加反向電壓結(jié)加反向電壓外外電場(chǎng)電場(chǎng)U外外內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)UBIS耗盡層變寬耗盡層變寬, 內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng), 動(dòng)態(tài)平衡被打破動(dòng)態(tài)平衡被打破, 漂移運(yùn)動(dòng)超過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)超過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng), 因此因此流過(guò)流過(guò)PN結(jié)的結(jié)的主要電流是漂移電流主要電流是漂移電流，但因?yàn)樯僮訚舛群埽驗(yàn)樯僮訚舛群艿停孕纬傻钠齐娏鞯?，所以形成的漂移電流很小很小IS, 且固定溫且固定溫度下，少子濃度一定不隨著外電壓變化度下，少子濃度一定不隨著外電壓變化, 故故被稱(chēng)為被稱(chēng)為反向飽和電流反向飽和電流。 反向反向PN結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很大的電阻結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很大的電阻PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大

9、的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻態(tài)，呈現(xiàn)低電阻態(tài)，相當(dāng)于相當(dāng)于PN 結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻態(tài)，呈現(xiàn)高電阻態(tài)，相當(dāng)于相當(dāng)于PN 結(jié)截止結(jié)截止。結(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?小結(jié)：小結(jié)：1. 二極管特性曲線(xiàn)二極管特性曲線(xiàn)圖圖 2. 二極管伏安特性曲線(xiàn)二極管伏安特性曲線(xiàn)-UBRUon-IS 在保持二極管的正向電流在保持二極管的正向電流不變的條件下，二極管的正不變的條件下，二極管的正向?qū)妷弘S溫度升高而減向?qū)妷弘S溫度升高而減小。小。一、特性一、特性: :反向擊穿時(shí)反向擊穿時(shí)，曲線(xiàn)更加陡峭，曲線(xiàn)更加陡峭IZminIzmax, 其兩端電壓其兩端電壓UZ幾乎不變。幾乎不變。1. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1.4 特殊二極管特殊二極管圖圖9. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管(a)符號(hào)及符號(hào)及(b)其特性曲線(xiàn)其特性曲線(xiàn)uiIZminIZmax曲線(xiàn)越陡曲線(xiàn)越陡, 穩(wěn)壓性能穩(wěn)壓性能越好。越好。UZ模擬電子線(xiàn)路模擬電子線(xiàn)路 C計(jì)算題計(jì)算題3. 半導(dǎo)體二極管的電路模型半導(dǎo)體二極管的電路模型由于二極管的非線(xiàn)性特性，當(dāng)電路加入二極由于二極管的非線(xiàn)性特性，當(dāng)電路加入二極管時(shí)，便成為非線(xiàn)性電路