電子技術基礎A（模擬部分）3：二極管電路電子技術基礎A（模擬部分）3：二極管電路內容提要半導體基本知識3.1PN結形成及特性3.2半導體二極管特性3.3二極管電路分析方法3.4特殊二極管3.5內容提要半導體基本知識3.1PN結形成及特性3.2半導體二極3.1.1.半導體材料3.1.2.

半導體的共價鍵結構3.1.3.

本征半導體、空穴及其導電作用3.1.4.

雜質半導體3.1.1.半導體材料3.1.2.半導體的共價鍵結構3

3.1.1半導體材料導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。3.1.1半導體材料導體：自然界中很容易導電的物質稱為導

3.1.1半導體材料半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。例如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。3.1.1半導體材料半導體的導電機理不同于其它物質，所以

3.1.2半導體的共價鍵結構通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體?，F(xiàn)代電子學中，用得最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。本征半導體：完全純凈的、結構完整的半導體晶體。GeSi3.1.2半導體的共價鍵結構通過一定的工藝過程，可以將半

3.1.2半導體的共價鍵結構硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體3D結構：3.1.2半導體的共價鍵結構硅和鍺晶體中，原子按四角形系

3.1.2半導體的共價鍵結構+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子3.1.2半導體的共價鍵結構+4+4+4+4共價鍵共+4

3.1.2半導體的共價鍵結構共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，故本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+43.1.2半導體的共價鍵結構共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在絕對0

度（T=

0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為

0，相當于絕緣體。

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用1.載流子、自由電子和空穴自由電子空穴束縛電子+4+4+4+43.1.3本征半導體、空穴及其導電作用1.載流子、自由+4+4+4+4

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的導電機理

在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。+4+4+4+43.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的導電機理溫度越高，載流子濃度越高，本征半導體的導電能力越強。溫度是影響半導體性能的一個重要外部因素，這是半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產生的電流。

2.空穴移動產生的電流。3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的在本征半導體中摻入某些微量雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。

3.1.4雜質半導體P

型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為“空穴半導體”。N

型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導體，也稱為“電子半導體”。在本征半導體中摻入某些微量雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯

3.1.4雜質半導體1.

N

型半導體在硅或鍺晶體中，摻入少量五價元素磷或銻，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必多出一個電子，該電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。3.1.4雜質半導體1.N型半導體在硅或鍺晶體中，摻

3.1.4雜質半導體1.

N

型半導體多余電子磷原子A.由施主原子提供電子，濃度與施主原子相同B.本征半導體中成對產生的電子和空穴。摻雜濃度>>本征半導體中載流子濃度，故自由電子濃度>>空穴濃度。自由電子稱多數(shù)載流子（多子），空穴稱少數(shù)載流子（少子）。N-SC多子、少子是？+4+4+5+43.1.4雜質半導體1.N型半導體多余電子磷原子A.

3.1.4雜質半導體2.

P

型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量三價元素，如硼或銦，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。該空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，故稱受主原子。3.1.4雜質半導體2.P型半導體在硅或鍺晶體中摻入

3.1.4雜質半導體2.

P

型半導體空穴硼原子A.由受主原子提供空穴，濃度與受主原子相同B.本征半導體中成對產生的電子和空穴。摻雜濃度>>本征半導體中載流子濃度，故空穴濃度>>自由電子濃度?？昭ǚQ多數(shù)載流子（多子），自由電子稱少數(shù)載流子（少子）。P-SC多子、少子是？+4+4+3+43.1.4雜質半導體2.P型半導體空穴硼原子A.由受

3.1.4雜質半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。3.雜質半導體的示意表示法P型半導體N型半導體3.1.4雜質半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成

3.2.1載流子的漂移與擴散

3.2.2

PN結的形成

3.2.3PN結的單向導電性

3.2.4

PN結的反向擊穿

3.2.5

PN結的電容效應3.2.1載流子的漂移與擴散3.2.2PN結的形成

3.2.1載流子的漂移與擴散1.漂移由于熱能激發(fā)，半導體（SC）內的載流子將做隨機的無定向運動，但任意方向的平均速度為0，故無電流存在。當SC外加電場，電子則逆電場移動，空穴則順電場移動，形成電流。電場作用下導致載流子運動稱為“漂移”。

Si

材料中，電子運動的速度約為空穴運動速度的3倍，電子導電器件優(yōu)于空穴導電器件。3.2.1載流子的漂移與擴散1.漂移由于熱能激

3.2.1載流子的漂移與擴散2.擴散基于載流子濃度差異和隨機熱運動的速度，載流子由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運動，稱為“擴散”，從而形成擴散電流。若無外來超量載流子的注入或電場的作用，載流子濃度最終趨于均勻直至擴散電流為0。3.2.1載流子的漂移與擴散2.擴散基于載流子

3.2.2PN

結的形成在同一片半導體基片上，分別制造

P型半導體和

N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN

結。3.2.2PN結的形成在同一片半導體基片上，分別制造

3.2.2PN

結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電場E漂移運動擴散的結果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。3.2.2PN結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電

3.2.2PN

結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電場E漂移運動擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變3.2.2PN結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電

3.2.2PN

結的形成空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV03.2.2PN結的形成空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0

3.2.2PN

結的形成1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.空間電荷區(qū)中內電場阻礙

P

中的空穴、N

區(qū)中的電子（都是多子）向對方運動（擴散運動）3.P

區(qū)中的電子和

N

區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意:3.2.2PN結的形成1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.0.偏置的概念

3.2.3PN

結的單向導電性PN

結加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P

區(qū)加正、N

區(qū)加負電壓。PN

結加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P

區(qū)加負、N

區(qū)加正電壓。0.偏置的概念3.2.3PN結的單向導電性PN結加

3.2.3PN

結的單向導電性1.

PN結正向偏置RE內電場外電場變薄內電場被削弱，多子的擴散加強并能夠形成較大的擴散電流。3.2.3PN結的單向導電性1.PN結正向偏置RE

3.2.3PN

結的單向導電性1.

PN結正向偏置PN結正偏時的導電情況低電阻大的正向擴散電流PN結的正偏伏安特性iD/mAUD/V3.2.3PN結的單向導電性1.PN結正向偏置PN

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置變厚內電場外電場內電場被加強，多子擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小反向電流。RE3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置高電阻很小的反向漂移電流PN結反偏時的導電情況iD/mAUD/V3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置高

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置高電阻很小的反向漂移電流PN結反偏時的導電情況iD/mAUD/V在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度為一定，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，此電流也稱反向飽和電流。3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置高

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結正、反向偏置總結PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。3.2.3PN結的單向導電性2.PN結正、反向偏置

3.2.3PN

結的單向導電性3.

PN結V-I特性表達式其中：IS：反向飽和電流VT：溫度的電壓當量在常溫下（T=300K）iD/mAvD/V3.2.3PN結的單向導電性3.PN結V-I特

3.2.4PN

結的反向擊穿

當PN結的反向電壓增加到一定值時，反向電流突然快增，此現(xiàn)象稱

PN

結的反向擊穿。熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆iD/mAUD/V3.2.4PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓

3.2.5PN

結的電容效應1.勢壘電容CB形成機理：勢壘區(qū)指積累空間電荷區(qū)域，當電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷變化（厚薄等），此所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。勢壘電容示意圖PNE-+PN“介質”“導體”“導體”可做變容二極管！3.2.5PN結的電容效應1.勢壘電容CB形成機理：

3.2.5PN

結的電容效應2.擴散電容CD為形成正向電流（擴散電流），注入

P

區(qū)的少子/電子在

P

區(qū)有濃度差，越近PN結濃度越大，即在P

區(qū)有電子積累。同理，在

N

區(qū)有空穴積累。正向電流大則積累電荷多。這樣產生的電容即擴散為CDERPN擴散電容示意圖3.2.5PN結的電容效應2.擴散電容CD為形成

3.2.5PN

結的電容效應3.等效電路勢壘電容CB在正偏和反偏時均不能忽略。PN結反偏時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容CD可忽略，總等效電容以勢壘電容CB為主；PN結正偏時，載流子數(shù)目多，擴散電容CD遠大于勢壘電容CB，此時，總等效電容以勢壘電容CD為主；PN結高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散電容的綜合效應Crd3.2.5PN結的電容效應3.等效電路勢壘電容CB在

3.3.1半導體二極管的結構

3.3.2二極管的伏安特性

3.3.3二極管的參數(shù)3.3.1半導體二極管的結構3.3.2二極管的伏

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

3.3.1半導體二極管的結構在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

3.3.1半導體二極管的結構在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管1.點接觸型二極管

3.3.1半導體二極管的結構PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。2.面接觸型二極管PN結面積大，結電容大，用于工頻大電流整流電路。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線1.點接觸型二極管3.3.1半導體二極管的結構PN結面3.平面型二極管

3.3.1半導體二極管的結構常用于集成電路制造藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。4.二極管代表符號PN陰極引線陽極引線PNP型支持襯底3.平面型二極管3.3.1半導體二極管的結構常用于集成

3.3.2二極管的伏安特性V-I

特性曲線可表示為：硅二極管2CP10的V-I特性

死區(qū)反向擊穿特性反向特性正向特性3.3.2二極管的伏安特性V-I特性曲線可表示為：硅二

3.3.2二極管的伏安特性V-I

特性曲線可表示為：鍺二極管2AP15的V-I

特性

3.3.2二極管的伏安特性V-I特性曲線可表示為：鍺二1.最大整流電流IF

3.3.3二極管的參數(shù)2.

反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM3.

反向電流

IR4.

正向壓降VF5.

極間電容CBCBrd1.最大整流電流IF3.3.3二極管的參數(shù)2.反向

3.4.1二極管V-I

特性的建模

3.4.2應用舉例3.4.1二極管V-I特性的建模3.4.2應

3.4.1V-I

特性的建模1.理想模型2.恒壓降模型3.折線模型

3.4.1V-I特性的建模1.理想模型2.恒壓降

3.4.1V-I

特性的建模4.小信號模型

D工作在正向特性某一小范圍時，如圖：+–3.4.1V-I特性的建模4.小信號模型

3.4.1V-I

特性的建模4.小信號模型

D工作在正向特性某一小范圍時，其正向特性可等效成一個微變電阻，即：根據，得Q點微變：則常溫下（T=300K）電導：3.4.1V-I特性的建模4.小信號模型

3.4.2應用舉例1.靜態(tài)工作情況分析硅D典型值理想模型恒壓模型折線模型設硅D典型值3.4.2應用舉例1.靜態(tài)工作情況分析硅D典型值理想模

3.4.2應用舉例2.限幅電路例3.4.4(1)vI＜(Vth+

Vref)=3.5V(2)vI≥(Vth+

Vref)=3.5V3.4.2應用舉例2.限幅電路例3.4.4(1)v

3.4.2應用舉例2.限幅電路例3.4.4(1)vI＜(Vth+

Vref)=3.5V(2)vI≥(Vth+

Vref)=3.5V3.4.2應用舉例2.限幅電路例3.4.4(1)v

3.4.2應用舉例3.整流電路：半波整流二極管：死區(qū)電壓=

0.5V，正向壓降≈0.7V(硅D)理想二極管：死區(qū)電壓=

0V，正向壓降=

0V3.4.2應用舉例3.整流電路：半波整流二極管：死區(qū)電

3.4.2應用舉例4.脈沖電路：3.4.2應用舉例4.脈沖電路：光電二極管發(fā)光二極管

3.5.1穩(wěn)壓二極管

3.5.2變容二極管

3.5.3光電子器件激光二極管光電二極管發(fā)光二極管3.5.1穩(wěn)壓二極管3.

3.5.1穩(wěn)壓二極管1.符號及穩(wěn)壓特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。IZIZmaxUZIZUIUZ+動態(tài)電阻：

rz越小，穩(wěn)壓性能越好！越陡電壓越穩(wěn)定穩(wěn)壓誤差3.5.1穩(wěn)壓二極管1.符號及穩(wěn)壓特性利用二極管反向擊

3.5.1穩(wěn)壓二極管2.主要參數(shù)真加法器（反相）(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻

rZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——VZ

3.5.1穩(wěn)壓二極管2.主要參數(shù)真加法器（反相）(1)

3.5.1穩(wěn)壓二極管3.穩(wěn)壓特性真加法器（反相）正常穩(wěn)壓時vO=VZ#

穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，幅值大于VZ

，VO的波形怎樣？

3.5.1穩(wěn)壓二極管3.穩(wěn)壓特性真加法器（反相）正常穩(wěn)

3.5.3光電子器件1.光電二極管真加法器（反相）反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加3.5.3光電子器件1.光電二極管真加法器（反相）反向

3.5.3光電子器件2.發(fā)光二極管LED當有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前發(fā)光管可發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。真加法器（反相）3.5.3光電子器件2.發(fā)光二極管LED當有正向電流流

本章小結二極管具有單向導電特性，符號D，常作整流元件D有三種模型：理想D、恒壓源D、恒壓源+電阻D恒壓源D：硅D正壓降0.7V，反擊穿壓降隨工藝而異恒壓源+電阻D：恒壓源D模型+動態(tài)電阻理想D：正向壓降0V，反向壓降無窮大D動態(tài)電阻：偏置點斜率，小信號的電壓：電流穩(wěn)壓D：利用D反向擊穿特性穩(wěn)壓，工作電流有要求光敏D常用于光電型的檢測，LED常用于照明本章小結二極管具有單向導電特性，符號D，常作整流元件

Endof§3

！ThankYou!Endof§3！ThankYou!知識回顧KnowledgeReview祝您成功！知識回顧KnowledgeReview祝您成功！電子技術基礎A（模擬部分）3：二極管電路電子技術基礎A（模擬部分）3：二極管電路內容提要半導體基本知識3.1PN結形成及特性3.2半導體二極管特性3.3二極管電路分析方法3.4特殊二極管3.5內容提要半導體基本知識3.1PN結形成及特性3.2半導體二極3.1.1.半導體材料3.1.2.

半導體的共價鍵結構3.1.3.

本征半導體、空穴及其導電作用3.1.4.

雜質半導體3.1.1.半導體材料3.1.2.半導體的共價鍵結構3

3.1.1半導體材料導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。3.1.1半導體材料導體：自然界中很容易導電的物質稱為導

3.1.1半導體材料半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。例如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。3.1.1半導體材料半導體的導電機理不同于其它物質，所以

3.1.2半導體的共價鍵結構通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體。現(xiàn)代電子學中，用得最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。本征半導體：完全純凈的、結構完整的半導體晶體。GeSi3.1.2半導體的共價鍵結構通過一定的工藝過程，可以將半

3.1.2半導體的共價鍵結構硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體3D結構：3.1.2半導體的共價鍵結構硅和鍺晶體中，原子按四角形系

3.1.2半導體的共價鍵結構+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子3.1.2半導體的共價鍵結構+4+4+4+4共價鍵共+4

3.1.2半導體的共價鍵結構共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，故本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+43.1.2半導體的共價鍵結構共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在絕對0

度（T=

0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為

0，相當于絕緣體。

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用1.載流子、自由電子和空穴自由電子空穴束縛電子+4+4+4+43.1.3本征半導體、空穴及其導電作用1.載流子、自由+4+4+4+4

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的導電機理

在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。+4+4+4+43.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2

3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的導電機理溫度越高，載流子濃度越高，本征半導體的導電能力越強。溫度是影響半導體性能的一個重要外部因素，這是半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產生的電流。

2.空穴移動產生的電流。3.1.3本征半導體、空穴及其導電作用2.本征半導體的在本征半導體中摻入某些微量雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。

3.1.4雜質半導體P

型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為“空穴半導體”。N

型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導體，也稱為“電子半導體”。在本征半導體中摻入某些微量雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯

3.1.4雜質半導體1.

N

型半導體在硅或鍺晶體中，摻入少量五價元素磷或銻，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必多出一個電子，該電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。3.1.4雜質半導體1.N型半導體在硅或鍺晶體中，摻

3.1.4雜質半導體1.

N

型半導體多余電子磷原子A.由施主原子提供電子，濃度與施主原子相同B.本征半導體中成對產生的電子和空穴。摻雜濃度>>本征半導體中載流子濃度，故自由電子濃度>>空穴濃度。自由電子稱多數(shù)載流子（多子），空穴稱少數(shù)載流子（少子）。N-SC多子、少子是？+4+4+5+43.1.4雜質半導體1.N型半導體多余電子磷原子A.

3.1.4雜質半導體2.

P

型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量三價元素，如硼或銦，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。該空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，故稱受主原子。3.1.4雜質半導體2.P型半導體在硅或鍺晶體中摻入

3.1.4雜質半導體2.

P

型半導體空穴硼原子A.由受主原子提供空穴，濃度與受主原子相同B.本征半導體中成對產生的電子和空穴。摻雜濃度>>本征半導體中載流子濃度，故空穴濃度>>自由電子濃度?？昭ǚQ多數(shù)載流子（多子），自由電子稱少數(shù)載流子（少子）。P-SC多子、少子是？+4+4+3+43.1.4雜質半導體2.P型半導體空穴硼原子A.由受

3.1.4雜質半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。3.雜質半導體的示意表示法P型半導體N型半導體3.1.4雜質半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成

3.2.1載流子的漂移與擴散

3.2.2

PN結的形成

3.2.3PN結的單向導電性

3.2.4

PN結的反向擊穿

3.2.5

PN結的電容效應3.2.1載流子的漂移與擴散3.2.2PN結的形成

3.2.1載流子的漂移與擴散1.漂移由于熱能激發(fā)，半導體（SC）內的載流子將做隨機的無定向運動，但任意方向的平均速度為0，故無電流存在。當SC外加電場，電子則逆電場移動，空穴則順電場移動，形成電流。電場作用下導致載流子運動稱為“漂移”。

Si

材料中，電子運動的速度約為空穴運動速度的3倍，電子導電器件優(yōu)于空穴導電器件。3.2.1載流子的漂移與擴散1.漂移由于熱能激

3.2.1載流子的漂移與擴散2.擴散基于載流子濃度差異和隨機熱運動的速度，載流子由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運動，稱為“擴散”，從而形成擴散電流。若無外來超量載流子的注入或電場的作用，載流子濃度最終趨于均勻直至擴散電流為0。3.2.1載流子的漂移與擴散2.擴散基于載流子

3.2.2PN

結的形成在同一片半導體基片上，分別制造

P型半導體和

N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN

結。3.2.2PN結的形成在同一片半導體基片上，分別制造

3.2.2PN

結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電場E漂移運動擴散的結果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。3.2.2PN結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電

3.2.2PN

結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電場E漂移運動擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變3.2.2PN結的形成P型半導體N型半導體擴散運動內電

3.2.2PN

結的形成空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV03.2.2PN結的形成空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0

3.2.2PN

結的形成1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.空間電荷區(qū)中內電場阻礙

P

中的空穴、N

區(qū)中的電子（都是多子）向對方運動（擴散運動）3.P

區(qū)中的電子和

N

區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意:3.2.2PN結的形成1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.0.偏置的概念

3.2.3PN

結的單向導電性PN

結加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P

區(qū)加正、N

區(qū)加負電壓。PN

結加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P

區(qū)加負、N

區(qū)加正電壓。0.偏置的概念3.2.3PN結的單向導電性PN結加

3.2.3PN

結的單向導電性1.

PN結正向偏置RE內電場外電場變薄內電場被削弱，多子的擴散加強并能夠形成較大的擴散電流。3.2.3PN結的單向導電性1.PN結正向偏置RE

3.2.3PN

結的單向導電性1.

PN結正向偏置PN結正偏時的導電情況低電阻大的正向擴散電流PN結的正偏伏安特性iD/mAUD/V3.2.3PN結的單向導電性1.PN結正向偏置PN

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置變厚內電場外電場內電場被加強，多子擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小反向電流。RE3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置高電阻很小的反向漂移電流PN結反偏時的導電情況iD/mAUD/V3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置高

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結反向偏置高電阻很小的反向漂移電流PN結反偏時的導電情況iD/mAUD/V在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度為一定，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，此電流也稱反向飽和電流。3.2.3PN結的單向導電性2.PN結反向偏置高

3.2.3PN

結的單向導電性2.

PN結正、反向偏置總結PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。3.2.3PN結的單向導電性2.PN結正、反向偏置

3.2.3PN

結的單向導電性3.

PN結V-I特性表達式其中：IS：反向飽和電流VT：溫度的電壓當量在常溫下（T=300K）iD/mAvD/V3.2.3PN結的單向導電性3.PN結V-I特

3.2.4PN

結的反向擊穿

當PN結的反向電壓增加到一定值時，反向電流突然快增，此現(xiàn)象稱

PN

結的反向擊穿。熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆iD/mAUD/V3.2.4PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓

3.2.5PN

結的電容效應1.勢壘電容CB形成機理：勢壘區(qū)指積累空間電荷區(qū)域，當電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷變化（厚薄等），此所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。勢壘電容示意圖PNE-+PN“介質”“導體”“導體”可做變容二極管！3.2.5PN結的電容效應1.勢壘電容CB形成機理：

3.2.5PN

結的電容效應2.擴散電容CD為形成正向電流（擴散電流），注入

P

區(qū)的少子/電子在

P

區(qū)有濃度差，越近PN結濃度越大，即在P

區(qū)有電子積累。同理，在

N

區(qū)有空穴積累。正向電流大則積累電荷多。這樣產生的電容即擴散為CDERPN擴散電容示意圖3.2.5PN結的電容效應2.擴散電容CD為形成

3.2.5PN

結的電容效應3.等效電路勢壘電容CB在正偏和反偏時均不能忽略。PN結反偏時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容CD可忽略，總等效電容以勢壘電容CB為主；PN結正偏時，載流子數(shù)目多，擴散電容CD遠大于勢壘電容CB，此時，總等效電容以勢壘電容CD為主；PN結高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散電容的綜合效應Crd3.2.5PN結的電容效應3.等效電路勢壘電容CB在

3.3.1半導體二極管的結構

3.3.2二極管的伏安特性

3.3.3二極管的參數(shù)3.3.1半導體二極管的結構3.3.2二極管的伏

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

3.3.1半導體二極管的結構在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

3.3.1半導體二極管的結構在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管1.點接觸型二極管

3.3.1半導體二極管的結構PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。2.面接觸型二極管PN結面積大，結電容大，用于工頻大電流整流電路。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線1.點接觸型二極管3.3.1半導體二極管的結構PN結面3.平面型二極管

3.3.1半導體二極管的結構常用于集成電路制造藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。4.二極管代表符號PN陰極引線陽極引線PNP型支持襯底3.平面型二極管3.3.1半導體二極管的結構常用于集成

3.3.2二極管的伏安特性V-I

特性曲線可表示為：硅二極管2CP10的V-I特性

死區(qū)反向擊穿特性反向特性正向特性3.3.2二極管的伏安特性V-I特性曲線可表示為：硅二

3.3.2二極管的伏安特性V-I

特性曲線可表示為：鍺二極管2AP15的V-I

特性

3.3.2二極管的伏安特性V-I特性曲線可表示為：鍺二1.最大整流電流IF

3.3.3二極管的參數(shù)2.

反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM3.

反向電流

IR4.

正向壓降VF5.

極間電容CBCBrd1.最大整流電流IF3.3.3二極管的參數(shù)2.反向

3.4.1二極管V-I

特性的建模

3.4.2應用舉例3.4.1二極管V-I特性的建模3.4.2應

3.4.1V-I

特性的建模1.理想模型2.恒壓降模型3.折線模型

3.4.1V-I特性的建模1.理想模型2.恒壓降

3.4.1V-I

特性的建模4.小信號模型

D工作在正向特性某一小范圍時，如圖：+–3.4.1V-I特性的建模4.小信號模型

3.4.1V-I

特性的建模4.小信號模型

D工作在正向特性某一小范圍時，其正向特性可等效成一個微變電阻，即：根據，得Q點微變：則常溫下（T=300K