六、半导体二极管学案.doc

半导体二极管 教学目标 1．了解半导体的导电特性 2．了解P型半导体和N型半导体的区别 3．理解PN结的单向导电性 4．熟悉半导体二极管的结构、型号、主要参数和伏安特性 5．掌握二极管的单向导电性及二极管的检测方法。 6．知道特殊二极管的性能差异和应用。 教学重点 3．理解PN结的单向导电性 5．掌握二极管的单向导电性及二极管的检测方法。 教学过程 一、半导体基础知识 1．半导体的基本概念 半导体是自然界中的一种特殊材料。通常情况下，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，但“掺杂”后或在外界温度、光照、压力等条件发生变化时，其导电恨不能会发生很大的变化。用得最多的半导体材料是硅和锗，其次还有硒和一些金属氧化物和硫化物。 2．N型半导体和P型半导体 纯净半导体中有少量带负电的自由电子和带正电的“空穴”，导电能力很弱。 掺杂：在纯净半导体中“掺入”微量的三价或五价元素，这种工艺叫掺杂。 （1）N型半导体 在纯净的半导体中掺入五价的磷元素，每个磷原子与周围的四个硅原子形成稳定的共价键之后，就多出一自由电子，因此自由电子数远远大于空穴数，导电能力可以提高几十万倍。这种半导体主要靠自由电子导电，所以称之为电子型半导体或N型半导体。 （1）P型半导体 在纯净的半导体中掺入三价的硼元素，每个磷原子与周围的四个硅原子形成稳定的共价键之后，产生一个“空穴”，因此“空穴”数远远大于自由电子数，导电能力也可以提高几十万倍。这种半导体主要靠“空穴”导电，所以称之为“空穴”型半导体或P型半导体。 3．PN结 （1）ＰＮ结的形成 在同一半导体基片上，用不同的掺杂工艺使其一边为Ｐ型半导体，另一边为Ｎ型半导体，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷 ，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空??电荷区，这就是我们所说的 ＰＮ结。????? 在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为 耗尽层 。 Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场 。 内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散 ，二是P区和N区的少子一旦*近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方， 使空间电荷区变窄 。 因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即 ＰＮ结处于动态平衡。 （1） PN结的单向导电性 PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。 PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，又称为PN结正向偏置，简称正偏； PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，又称为PN结反向偏置，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。 正向导通 反向截止  (2) PN结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 二、半导体二极管 1．二极管的结构 晶体 HYPERLINK /product/file284.html \t _blank 二极管也称半导体二极管，它是在PN结的Ｎ区和Ｐ区分别引出一根电极，并用管壳封装而成的。与Ｐ区相连的电极称为正极或阳极，与Ｎ区相连的电极称为负极或阴极． P N + + - - 基本结构 电路符号 + 2．二极管的分类 （1）按所材料不同，可分为硅二极管和