第1章晶体二极管.ppt

第1章 晶体二极管 1.1 半导体物理基础知识 1.2 PN结 1.3 晶体二极管电路的分析方法 1.4 晶体二极管的应用 1.5 其他二极管* 无论何种用途的电子系统，均由各种功能的电子线路组成。电子线路是指有电子器件、并能对电信号实现某种功能处理的电路，它由电子器件加外围电路构成。常用的电子器件有：晶体（半导体）二极管、三极管、场效应管、集成电路等。外围电路主要由直流电源、电阻、电容以及集成电路中常用的电流源电路等组合而成。不同半导体器件具有不同的特性。而同一种半导体器件，当外围电路提供不同条件时，电路又会呈现不同的功能。 　　前　言 因此，要掌握各种功能电路的工作原理、性能特点，首先要了解各种半导体器件的外特性，掌握器件在不同条件下的等效模型及分析方法；然后再根据外部电路提供的条件，分析电路的功能和所能达到的性能。 　　前　言 本章在简要了解半导体基本知识的基础上，重点掌握器件的外特性。熟悉三极管的各种模型，并会利用模型分析功能电路。 锗二极管 固体放电二极管 LED 稳压二极管 整流二极管 LD 1.1 半导体物理基础知识 导体：自然界中很容易导电的物质（电阻率在10-4Ω·cm以下）称为导体，金属一般都是导体。。 绝缘体：有的物质几乎不导电（电阻率在1010Ω·cm以上），称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间（电阻率在10-3～109Ω·cm之间），称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 1.1.1 本征半导体 原子结构及简化模型　　 半导体的导电性能与它的原子结构有关。　 元素的许多物理和化学性质都是由价电子决定的。 Si原子 Ge原子 惯性核 价电子 +32 +14 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。 价电子 共价键 图 1.1.2　本征半导体结构示意图 一、本征半导体 当温度 T = 0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体。 图 1.1.2　本征半导体中的 　　　　 自由电子和空穴 自由电子 空穴 若T?，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。这种现象称为本征（热）激发。 T ? 自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。 　　空穴可看成带正电的载流子，半导体中有两种载流子。 二、本征激发和复合 在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子浓度n0与空穴的浓度p0相等，它们统称为本征载流子浓度ni，即有ni2 = n0 p0 。 本征半导体中载流子的热平衡浓度值： T=300 K时，本征硅的载流子浓度: ni = 1.5×1010cm-3，本征锗的载流子浓度: ni = 2.4×1013cm-3；当温度每升高11℃，本征硅的增加一倍，温度第升高12℃，本征锗的增加一倍。 本征激发 复合 当温度不变时，达到动态平衡，即热平衡 三、热平衡载流子浓度 本征半导体中载流子的浓度取决于禁带宽度Eg0和温度T。 1. 本征半导体中两种载流子 　　2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，　　　称为 电子 - 空穴对，故有n0 = p0 即ni2 = n0 p0 。 　　3. 本征半导体的载流子浓度对温度非常敏感，因此，半导体器件的工作易受温度影响。 　　4. ni相对于原子密度只有三万亿分之一，因此，本征半导体的导电能力很微弱。 　　鉴于以上两缺点，本征半导体不宜直接用于制造半导体器件。 小结　 1.1.2　杂质半导体 杂质半导体有两种 N 型半导体 P 型半导体 一、 N 型半导体(Negative) 　　在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如　　磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型　　半导体)。 常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。 在室温下杂质原子电离为一价正离子，但不是载流子。能施放自由电子的杂质称为施主杂质。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n0 p0 。　　 自由电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。 包括本征激发自由电子和电离自由电子 二、 P 型半导体 　　在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 　　空穴浓度多于电子浓度，即 p0n0。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。 　　3 价杂质原子称为受主原子。 受主原子 空穴 图 1.1.5　P 型半导体 说明： 　　1. 掺入杂质