1、第2章 半導體二極管,2.1 半導體的基本知識 2.2 PN結(jié)的形成及特性 2.3 半導體二極管 2.4 二極管基本電路及其分析方法 2.5 特殊二極管,本征半導體、雜質(zhì)半導體,有關(guān)半導體的基本概念,自由電子、空穴,N型半導體、P型半導體,多數(shù)載流子、少數(shù)載流子,施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì),1.本征半導體,本征半導體化學成分純凈的半導體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 現(xiàn)代電子學中，用的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。,2.1 半導體的基本知識,硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu),共價鍵共 用電子對,+4表示除去價電子后的原子,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

2、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，所以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(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。,2.雜質(zhì)半導,在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。 N型半導體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導體。（主要載流子為電子、電子半導體） P型半導體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導體。（主要載流子為空穴、空穴半導體）,N型半導體,因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，

3、而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。,在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。,提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。,N型半導體,多余電子,磷原子,硅原子,Si,P,Si,Si,2. P型半導體,因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。,在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。,空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。,空穴,P型半導體,硼原子,硅原子,空穴被認為

4、帶一個單位的正電荷，并且可以移動,雜質(zhì)半導體的示意表示法,1. PN 結(jié)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(jīng)過載流子的擴散和漂移，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。,2.2 PN結(jié)的形成及特性,P型半導體,N型半導體,空間電荷區(qū),PN結(jié)處載流子的運動,PN結(jié)處載流子的運動,內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。,PN結(jié)處載流子的運動,因此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)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,PN結(jié)正向偏置,內(nèi)電場減弱，使擴散加強， 擴散飄移，正向電流大,P,N,+,_,PN

5、結(jié)反向偏置,N,P,+,_,內(nèi)電場加強，使擴散停止， 有少量飄移，反向電流很小,反向飽和電流 很小，A級,2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加上正向電壓或正向偏置的意思都是： P區(qū)加正、N區(qū)加負電壓。 PN結(jié)加正向電壓導通,PN結(jié)加上反向電壓或反向偏置的意思都是： P區(qū)加負、N區(qū)加正電壓。 PN結(jié)加反向電壓截止,2.2.3 半導體二極管,1. 基本結(jié)構(gòu),PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導體二極管。,2. 伏安特性,導通壓降: 硅管0.60.7V,鍺管0.20.3V。,反向擊穿電壓U(BR),1). 理想模型,2. 恒壓降模型,3). 折線模型,3. 二極管常用模型,4). 小信號模型,二極管工作在

6、正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。,即,根據(jù),得Q點處的微變電導,則,常溫下（T=300K）,4. 二極管的參數(shù),5. 二極管實物圖片,例1. 二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為0 ，正向壓降為。,二極管半波整流,例開關(guān)電路,電路如圖所示，求AO的電壓值,解：,先斷開D，以O(shè)為基準電位，既O點為0V。,則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。,陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)ā?導通后，D的壓降等于零，即A點的電位就是D陽極的電位。,所以，AO的電壓值為-6V。,2.5 特殊體二極管,2.5.1 穩(wěn)壓二極管,2.5.2 變?nèi)荻O管,2.5.3 光電子器件,1. 光電二極管,2. 發(fā)光二極管,3. 激光二極管,穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài),當工作電流IZ在Izmax和 Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數(shù),正向同二極管,工作電流,穩(wěn)定電壓,穩(wěn)壓二極管,(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(yīng)的反向工作電壓。,rZ =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,穩(wěn)壓二極管主要參數(shù),穩(wěn)壓電路,正常穩(wěn)壓時 VO =VZ,# 穩(wěn)壓條