第17讲第十章半导体及二极管(一)(2011年新版).docVIP

第2篇 电子学 第10章 半导体及二极管 大纲要求：掌握二极管和稳压管特性、参数 了解载流子，扩散，漂移；PN结的形成及单向导电性 10.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质的化合价不同，杂质半导体分为N型和P型两大类。 （1）N型半导体 在4价元素的硅（或锗）晶体中，掺入微量的5价元素磷（或砷、锑等）后，磷原子将散布于硅原子中，且替代了晶体点阵中某些位置上的硅原子。 通常，掺杂所产生的自由电子浓度远大于本征激发所产生的自由电子或空穴的浓度，所以杂质半导体的导电性能远超过本征半导体。显然，这种半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度，所以称电子为多数载流子（majority carrier，简称多子），空穴为少数载流子（minority carrier，简称少子）。因为这种半导体的导电主要依靠电子，所以称为Ｎ型半导体或电子型半导体。 （2）P型半导体在硅（或锗）的晶体中掺入微量的3价元素硼（或铝、铟等）后，杂质原子也散布于硅原子中，且替代了晶体点阵中某些位置上的硅原子。 在这种半导体中，空穴是多子，自由电子是少子，它的导电主要依靠空穴，因此称为P型半导体或空穴型半导体。 10.1.3 半导体中的两种电流 （1）漂移电流：???自由电子和空穴在电场作用下的定向运动所形成的电流。 （2）扩散电流：同一种载流子从浓度高处向浓度地处扩散所形成的电流称为扩散电流。 10.1.4 PN结 （1）PN结的形成P区和N区交界面处形成的区域称为PN结。形成原因主要有以下三个：①载流子的浓度差引起多子的扩散 ；②复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层)③扩散和漂移达到动态平衡 （2）PN结的单向导电性加在PN结上的电压称为偏置电压。若P区接高电位，N区接低电位，称PN结外接正向电压或PN结正向偏置，简称正偏；反之，称PN结外接反向电压或PN结反向偏置，简称反偏。PN结正偏:PN结移动，中和部分离子使空间电荷区变窄。扩散运动加强形成正向电流IFIF=I多子-I少子≈I多子 PN结反偏：PN结移动，空间电荷区变宽。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子≈0 结论：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。 PN结的击穿特性当加于PN结两端的反向电压增大到一定值时，反向电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称为反向击穿。反向击穿后，只要反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，PN结一般不会损坏。若反向电压下降到击穿电压以下后，其性能可恢复到原有情况，即这种击穿是可逆的，称为电击穿；若反向击穿电流过大，则会导致PN结结温过高而烧坏，这种击穿是不可逆的，称为热击穿。PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种机理。当反向电压足够大时，PN结的内电场加强，使少子漂移速度加快，动能增大，通过空间电荷区与原子相撞，产生很多的新电子-空穴对，这些新产生的电子又会去撞击更多的原子，这种作用如同雪崩一样，使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，因为这种PN结的阻挡层宽，因碰撞而电离的机会就多。由高浓度掺杂材料制成的PN结中耗尽区宽度很窄，即使反向电压不高也容易在很窄的耗尽区中形成很强的电场，将价电子直接从共价键中拉出来产生电子-空穴对，致使反向电流急剧增加，这种击穿称为齐纳击穿。构成：PN + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号：阳极（正极） 阴极（负极）分类：1.根据材料?? 硅二极管、锗二极管2.根据结构?? 点接触型、PN面接触型PN结面积大，用于低频大电流整流电路 10.2.2 半导体二极管的伏安特性 二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。 当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门坎，因此将电压Uth称为门槛电压(又称死区电压)。二极管电流iD随外加于二极管两端的电压uD的作用而变化的规律，称为二极管的伏安特性曲线。 如图所示： 式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。 正向特性：u0的部分称为正向特性0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压；当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右 反向特性：u0的部分称为反向特性。VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。 反向击穿：V《=VBR时，反向