2-1半导体基本知识和PN结分析.pptVIP

2.1 引言 半导体材料基础知识 PN结及其单向导电性 半导体二极管的工作原理、特性曲线、主要参数 及其基本应用电路 稳压二极管 其它类型二极管 第2章 半导体二极管 及其基本应用电路 2.2 半导体基础知识 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如：Si、Ge、GaAs。 半导体的导电能半导体的导电能力除了自身材质以外，还与以下因素有关： 温度，热敏电阻； 光照、磁场、电场，光敏电阻； 掺入杂质，导电能力提高几十万乃至几百万倍，半导体器件。 本证半导体：完全纯净、没有结构缺陷的半导体。 相邻原子的价电子形成共价键，价电子为两个原子共有，形成有序的空间晶格结构。 2.2.1 本征半导体 4价元素的共价键结构 温度为0K时，无自由电子；当T大于0K时，有些价电子挣脱原子核的束缚成为自由电子。这种现象就叫做本征激发（热激发）。 本征激发产生自由电子和空穴，2种载流子，电荷电量相同，极性相反。 1. 本征激发 载流子的产生和复合 自由电子和空穴总是成对出现，称为电子空穴对，数目、浓度相等； 自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，称为复合； 在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡； 本征激发产生的载流子浓度与温度有关。温度越高，本征激发越强，产生载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。 2. 本征激发的特点 本征半导体中，掺入五价元素，如磷P、砷As； 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，也称电子型半导体。 2.2.2 杂质半导体——N型半导体 N型半导体的共价键结构 本征半导体中，掺入三价元素，如硼B、镓Ga、铟In等； 空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，也称空穴型半导体。 2.2.2 杂质半导体——P型半导体 P型半导体的共价键结构 2.3 PN结 P型半导体和N型半导体在原子尺度上紧密连接； 多子扩散：由浓度差引起多子的扩散运动，自由电子和空穴复合，形成空间电荷区，也叫耗尽层（扩散电流）； 少子漂移：少子在空间电荷区内电场作用下的运动（漂移电流） ； 动态平衡：多子扩散和少子漂移达到动态平衡。 2.3.1 PN结的形成 PN结的形成 1. PN结正偏时的导电性 2.3.2 PN结的单向导电性 PN结外加正向电压 外电场加强了扩散运动、阻碍漂移运动，打破了平衡，空间电荷区变窄。扩散的多子增加，漂移过来的少子减少，产生载流子的差，从而在电路中形成电流。 这个电流也叫扩散电流，由多数载流子产生，电流较大，故PN结呈现低阻状态。因此，正偏时PN结正向导通。 2. PN结反偏时的导电性 PN结外加反向电压 外电场削弱了扩散运动、加强了漂移运动，打破了平衡，空间电荷区变宽。扩散的多子减少，漂移过来的少子增多，产生载流子的差，从而在电路中形成电流。 这个电流也叫漂移电流，由少数载流子产生，电流较小，故PN结呈现高阻。因此，反偏时PN结反向截止。 2.3.3 PN结的电容效应 当PN结的偏置电压发生变化时，PN结空间电荷区内的电荷量及其两侧载流子的数目均发生变化。这种电荷量随偏置电压变化的现象称为PN结的电容效应 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。一般外加反向电压来控制 PN 结的厚度，相当离子薄层的厚度随外加电压而相应地改变，这相当 PN 结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。 1. 势垒电容 PN结的势垒电容 外加反向电压使 PN 结上的压降增加时，离子薄层的厚度也相应随之变宽，这相当 PN 结中存储的电荷量随之增加，犹如电容的充电。 2. 扩散电容 PN结的扩散电容 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两