模电部分第2章[潘]二极管及电路.ppt

第二章 半导体二极管及其基本电路 导体、半导体和绝缘体 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，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，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 2.1 半导体的基本知识 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如： (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 2.1.1 半导体材料 共价键共 用电子对 （束缚电子） +4表示除去价电子后的原子 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 2.1.2 半导体 硅和锗的共价键结构 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。（本征激发） 1) 载流子：(自由电子和空穴) 自由电子 空穴 束缚电子 2.1.3 本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。 2) 本征半导体的导电机理 * 空穴吸引附近的电子来填补, 相当于空穴的迁移，可以认为空穴是载流子。空穴带正电核，空穴子移动形成电流。 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 * 电子带负电核，电子移动形成电流。 * 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。 2.1.4 杂质半导体 多余 电子 磷原子 N 型半导体中的载流子： 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 一、N 型半导体 在本征半导体中掺入少量的五价元素磷（或锑），外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子五价元素磷称为施主原子。 二、P 型半导体 空穴 硼原子 P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 三、杂质半导体的示意表示法 杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 1. 在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。 a b c 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、b.空穴电流） b a 基本概念练习： 2.2 PN结的形成及特性 PN结的形成 多子的扩散运动 少子的漂移运动 浓度差 P 型半导体 N 型半导体 内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 扩散的结果使空间电荷区变宽。 空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。 动画 形成空间电荷区 空间电荷区 N型区 P型区 电位V V0 PN结的单向导电性 1. PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄 P接正、N接负 IF 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。 PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。 动画 PN 结变宽 2. PN 结加反向电压（反向偏置） 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。 IR P接负、N接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随