第二章半导体基础.pptVIP

§2.1 半导体基础知识 PN结被击穿后电流很大，电压又很高，因而消耗在PN结上的功率是很大的，容易使PN结发热超过它的耗散功率而过渡到热击穿。这时PN结的电流和温升之间出现恶性循环，结温升高使反向电流更加增大，而电流增大又使结温进一步升高，从而很快导致PN结烧毁。 PN结的电击穿是可逆击穿，及时把偏压调低，PN结即恢复原来特性。电击穿特点可加以利用（如稳压管）。 热击穿就是烧毁，是不可逆击穿。使用时尽量避免。 3. PN结的电容效应 PN结除了具有单向导电性外，还有一定的电容效应。按产生电容的原因可分为势垒电容和扩散电容两种。 (1) 势垒电容 势垒电容是由耗尽层引起的。耗尽层中有不能移动的正、负离子，各具有一定的电量。 当外加电压使耗尽层变宽时，电荷量增加，反之电荷量减少，即耗尽层中的电荷量随外加电压的变化而变化，就形成了电容效应，称为势垒电容CB。 PN结在反偏时主要考虑势垒电容。 (2) 扩散电容 PN结正偏时，P区和N区的多子大量地向对方扩散，分别成为对方的少数载流子，并在两区交界处形成浓度梯度，如图所示： 正偏电压增加时，浓度梯度增大，反之浓度梯度减小。浓度 梯度变化实际上就是电荷积累的过程，电荷积累随电压变化就形成了扩散电容CD。 PN结在正偏时主要考虑扩散电容。 §2.3 半导体二极管 一、 二极管的结构和类型 分别从PN结的P区和N区引出电极，再加上外壳就构成了二极管。所以PN结的特性就是二极管的特性。 按制造工艺：点接触、面 接触、平面型等； 按制造材料：硅管和锗管； 按使用：整流二极管、稳 压二极管，发光二极管、 光敏二极管等。 (2) 面接触型二极管 (b)面接触型 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。 (3) 平面型二极管 (c)平面型 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 半导体二极管图片 二、 二极管的特性和参数 1. 伏安特性 伏安特性基本形状同PN结伏安特性一样。 OA段： 正向电流很小，称为死区。硅管死区压降约为0.5V，锗管为0.1V。 AB段： BC段： 电流增加很快而电压变化较小，正向电阻较小，呈现恒压特性。 OD段： 反向偏压较小，这时流过二极管的电流为反向饱和电流IS。 ED段： 反向击穿，反向电流急剧增加而电压变化较小，呈现恒压特性。稳压管就是利用这一机理构成的。 硅二极管2CP10的V-I 特性 锗二极管2AP15的V-I 特性 2. 二极管参数 (1)最大整流电流IF：二极管长期使用时允许通过的最大正向平均电流。 (2) 反向击穿电压VBR：指二极管反向击穿时的电压值。管子所允许加的最高反向工作电压通常取击穿电压的一半。 (3)反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流值。其值愈小，管子的单向导电性愈好，此值与温度有关。 (4)最高工作频率fM ：主要取决于结电容(CB+CD)的大小。使用时，如果信号频率超过fM ，二极管的单向导电性变坏，甚至不复存在。 三、 二极管的选择 一般原则是：如果要求管子正向导通后的压降Von（硅管: 0.6-0.8V；锗管:0.3V）小，工作时平均电流小，而信号频率较高，则应选用点接触型锗管；如果要求工作时的平均电流大，反向电流（硅管是纳安级，锗管是微安级）小，反向电压高，并且热稳定性较好时，以选有面接触型硅管为宜。最后，根据技术要求，估算二极管应有的参数，并考虑留有适当的裕量，查阅器件手册确定二极管的型号。 四、 二极管电路及其分析方法 简单的二极管电路如图所示，由二极管、电阻和电压源组成，其分析方法一般有两种： 图解法、模型法（等效电路法）。 1. 图解分析法： 一般步骤为： a.把电路分为两部分 ：A（包含电源、电阻等线性元件的线性部分）、 B （二极管的非线性部分）。 c.由两条特性的交点得出二极管两端的电压VD和流过二极管的电流ID，如图所示。 b.分别画出非线性部分（二极管）的伏安特性和线性部分的电压与电流关系（直线VD=V - IR ） (V,0) I D O V BR I S R V (0, ) I V D V i D O vD + vD - iD 2. 模型分析法： (1)理想模型 右图所示为理想二极管的V-I特性，其中的黑色线条表示实际二极管的特性。红色线条为它的理想模型。当电源电压远比二极管的管压降大时，可用此法来近似分析。 （2）恒压降模型 i D O vD + vD - iD 基本思想是