固体物理2-2-2015-talk2剖析.ppt

二极管加正向电压时导通，伏安特性很陡，压降很小（硅管：0.7V，锗管0.3V），可以近似看作是一个闭合的开关。二极管加反向电压时截止，截止后的伏安特性具有饱和特性（反向电流几乎不随反向电压的增大而增大）且反向电流很小（nA级），可以近似看作是一个断打开的开关。 温度特性： 二极管的特性对温度很 敏感, 温度升高, 正向特 性曲线向左移, 反向特性曲 线向下移。 其规律是：在 室温附近, 在同一电流下, 温度每升高１℃, 正向压降减小２--２.５ｍV；温度每升高１０℃, 反向电流约增大 1 倍。 击穿特性 当反向电压超过反向击穿电压UB时，反向电流将急剧增大，而PN结的反向电压值却变化不大，此现象称为PN结的反向击穿。 雪崩击穿：反向电压较高（U6V），PN结中内电场较强，参加漂移的载流子受到加速，与中性原子相碰，使价电子受激发产生新的电子空穴对，它们也被加速。形成链式反应，载流子浓度和反向电流骤增。从能带观点来看，就是高能量的电子和空穴把价带中的电子激发到导带，产生了剧增的电子–空穴对。 齐纳击穿： 对掺杂浓度高的半导体，PN结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（U4V），耗尽层可获得很大的场强，将价电子从共价键中拉出来，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带，而获得更多的电子空穴对，使反向电流骤增。 热电击穿： 当p–n结上加反向电压时，流过p–n结的电流要引起热损耗。电压越大，对应损耗的功率也越大。如果没有良好的散热条件使这些热能及时传递出去，将引起结温上升。反向饱和电流密度随温度按指数规律上升，产生的热能也迅速增大，如此反复循环下去，最后发生热电击穿。 § 1.2.3 二极管的主要参数 1、最大整流电流 IF 2、反向工作峰值电压UR 3、反向击穿电压UBR 4、反向电流 IR 5、最高工作频率 fM § 1.2. 4二极管的电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即耗尽层中存储的电荷量要随之变化，如同电容充放电。二极管的两极之间有电容，它由两部分组成：势垒电容CB 和扩散电容CD。 一般说来, ＰＮ结正偏时, 扩散电容起主要作用。当ＰＮ结反偏时, 势垒电容起主要作用。 1、势垒电容 势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起。外加电压使阻挡层变宽时 电荷量增加；反之电荷量减少。即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变，形成了电容效应。 2、扩散电容 扩散电容是ＰＮ结在正向电压时 多数载流子在扩散过程中引起电荷积累而产生。若ＰＮ结正向电压加大，则多数载流子扩散加强， 电荷积累由曲线１变为曲线２, 电荷增加量为ΔＱ；反之积累的电荷将减少。 § 1.2.5 稳压二极管 稳压二极管是利用二极管的反向击穿特性制成的。稳压二极管是工作在伏安特性的反向击穿区。利用这段电流在很大范围内变化，而电压基本恒定的特性来进行稳压。 它的正向特性和普通二极管一样，但反向特性稍有区别。稳压二极管的反向击穿是可逆的，当去掉外加电压后，击穿即可恢复。 + 一 稳压二极管符号 稳压二极管的参数: 1、稳定电压 UZ 2、电压温度系数?U（%/℃）： 稳压值受温度变化影响的系数。 在雪崩击穿时：?U 0；在齐纳击穿时：?U 0。 击穿值在6 V 左右 ?U 比较小，性能也比较稳定。 3、动态电阻： 4、稳定电流IZ：使稳压管正常工作时的参考电流 5、最大允许功耗： 发光二极管 Light Emitting Diode 二极管加正偏压，电流使结面电子返回价带，和空穴复合放出能量而发光。其波长与半导体材料有关，红、黄、绿光主要是以InGaAlP材料为主，而蓝、绿光则是以InGaN材料为主。 两边材料禁带比中间宽的双异质结，可以有效地将双边载流子注入到中间层，而产生非常高的光电转换效能。当中间层厚度缩小到数10埃时，即产生量子阱效应，可大幅提高光电转换系数。 LED结构示意图 同济大学功能材料研究所 固体物理导论 蔡克峰 第一章 半导体中的电子过程 内容提要 本章内容主要有四个部分 1、半导体材料中两种载流子：电子和空穴，本征半导 体、 N型杂质半导体、 P型杂质半导体。 2、二极管的特性。 3、双极型三极管输入特性曲线和输出特性曲线 4、能带。 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电特性取决于原子结构。 1914年，夫兰克和赫兹用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到较高能级。通过测量电子和原子碰撞时交换的能量，直接证明了原子内部量子化能级的存在。 §1.1 半导体的特性 导体