低频模拟电路第一章1.1.ppt

§1-2．半导体二极管 《低频电子线路》多媒体课件 电子信息研究室 第一章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体 定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 一、半导体 1. 自然界物质的分类 （按导电性能分） ①导体：低价元素（如Cu、AI等） 导电性能好 ②绝缘体：高价元素（如惰性气体） 或高分子物质（如橡胶） 导电性能极差 ③半导体：四价元素（如Si、Ge等） 导电性能介于导体和绝缘体之间 （1）热敏特性：温度升高导电能力显著增强。如热敏电阻 （2）光敏特性：光线照射导电能力显著增强。如光电二极管 （3）掺杂特性：在本征半导体中掺入少量的有用的杂质，导电能力显著增强。如晶体管 二、本征半导体的晶体结构 晶格：晶体中原子在空间形成 排列整齐的点阵。 晶体原子的结合方式：共价键 如图所示 2. 半导体的多变特性 三、本征半导体中的两种载流子 自由 电子 空穴 1. 载流子：运载电荷的粒子。 2. 本征半导体的特点： （1）有两种载流子，即自由电子和空穴，且数目相等，即成对出现。 （2）可形成两种电流，即电子电流和空穴电流。 注意 导体只有一种载流子即自由电子 四、本征半导体中载流子的浓度 1. 本征激发：半导体在热激发下产生电子和空穴对的现象。 2. 复合：自由电子和空穴的重新结合。 3. 动态平衡 注意 1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等（ni=pi） ； 温度T 1.1.2杂质半导体 ①N型半导体 ②P型半导体 2. 本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关； 载流子的浓度 导电能力增强 3. 导电能力仍不如导体。 4. 绝对零度（T=0K）时，本征半导体成为绝缘体。 一、N型半导体 在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷） N型半导体 如图所示 N型半导体的特点： ①有两种载流子，即自由电子和空穴。自由电子是多子，空穴是少子； ②主要靠自由电子导电。 二、P型半导体 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼） P型半导体 如图所示 P型半导体的特点： ①有两种载流子，即自由电子和空穴。空穴是多子，自由电子是少子； ②主要靠空穴导电。 注意 P 型半导体和N型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。 1.1.3 PN结 一、PN结的形成 扩散运动 漂移运动 动态平衡 （一定宽度） 空间电荷区 PN结 说明 ①PN结的结电压为Uh0 (N区 P区） ②对称结与不对称结 ③空间电荷区又称耗尽层 二、PN结的单向导电性 1. PN结外加正向电压时处于导通状态 又称正向接法 或 正向偏置 2. PN结外加反向电压时处于截止状态 又称反向接法 或 反向偏置 结论 PN结正向偏置 空间电荷区变窄 正向电阻很小（理 想时为0） 正向电流较大 PN结导通 PN结反向偏置 空间电荷区变宽 想时为∞） 反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0） PN结截止 反向电阻很大（理 PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止 单向导电性 四、PN结的电流方程 IS：反向饱和电流 q：电子电量 k：波尔兹曼常数 T：热力学温度 温度的电压当量 则 常温时，即T=300K时，UT≈26mV 说明 由式 可知，若PN结正向偏置时，且uuT时， 则 若PN结反向偏置时，且|u|uT时，则 于是得PN结的伏安特性如图所示 说明 PN结的两种反向击穿 ①齐纳击穿（反向击穿电压较低） （耗尽层较窄） ②雪崩击穿（反向击穿电压较高） （耗尽层较宽） 四、PN结的伏安特性 指数规律 五、PN结的电容效应 1. 势垒电容Cb 应用：PN结反向偏置时 变容二极管 2. 扩散电容Cd 平衡少子和非平衡少子 PN结的结电容 说明 因Cj很小，故低频时其作用可忽略不计。 构成:实质上就是一个PN结 PN结+引线+管壳 （简称二极管） P N + - 阳极 阴极 二极管的几种外形