[理学]第5章 半导体二极管及基本电路.ppt

第5章 半导体二极管 及基本电路 基本要求 理解 P N 结的单向导电性，理解二极管、稳压管的工作原理，掌握分析二极管、稳压管电路的分析方法。 基本内容 基础知识 半导体二极管 二极管基本电路及分析方法 稳压二极管及电路分析方法 5.1 半导体的基础知识 按物体的导电性能，可将物体分为导体、绝缘体和半导体三类。 1.导体：电阻率很低、电流易通过、导电性强的物体。 2.绝缘体：电阻率很高、电流不通过、无导电能力的物体。 3.半导体：它的导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。 半导体是如何导电的？怎样提高其导电能力？ 一. 本征半导体 半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式的晶体点阵，这种半导体称为本征半导体。也就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 本征半导体导电方式 以硅（Si）元素为例讨论、分析 硅单晶中的共价键结构 1）自由电子和空穴的形成 在外界的影响下（如热、光、电场、磁场等），使得其共价键中的价电子获得一定能量后，电子受到激发脱离共价键，成为自由电子（带负电），共价键中留下一个空位，称为“空穴”。 2）载流子的形成 在外电场的作用下，价电子填补空穴，就好像空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，空穴运动相当于正电荷的运动。 当加上一定方向的电场后，就会不断有激发、复合过程，出现两部分的电流，即 电子电流：自由电子作定向运动所形成的电； 空穴电流：被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的电流。 自由电子和空穴是运载电荷的粒子，称为载流子 二.杂质半导体 杂质半导体——在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素），而形成的半导体。 1. N 型半导体 在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价元素（如磷元素），如图所示，多余的第五个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。 N 型半导体示意图 半导体中的自由电子数目大量增加，于是有： 自由电子数 ＞＞ 空穴数 多数载流子 少数载流子 以自由电子导电作为主要导电方式的半导体，称为电子半导体或 N 型半导体（N —type semiconductor ) 。 2. P 型半导体 自由电子数 ＜＜ 空穴数 少数载流子 多数载流子 以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空穴半导体或 P型半导体 (P —type semiconductor ) 。 N 型、P 型半导体示意图N 型半导体 P 型半导体 杂质半导体中多数载流子浓度取决于 少数载流子浓度取决于 半导体的特点： ⒈ 半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。 ⒉ 在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导电能力和参加导电的主要载流子的类型。 ⒊ 环境的改变对半导体导电性能有很大的影响。例如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用这一特性制造的。 三. P N 结 多数载流子要从浓度大的 区域扩散到浓度小的区域，形成空间电荷区--PN结，产生电场，称为内电场 Ed ； 内电场对多数载的扩散运动起阻挡作用，对少数载流子又起推动作用，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。 1. PN结的形成 注意： 1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所以空间电荷区的电阻率很高。 2）内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区--PN结又称为阻挡层或耗尽层。 2. P N 结的单向导电性 1）PN 结加正向电压 2） PN 结加反向电压 2） PN 结加反向电压 结论： P N 结具有单向导电性。 加正向电压，PN结导通，正向电流较大，结电阻很低。 加反向电压，PN 结截止，反向电流很小，结电阻很高。 3） PN 击穿 当加在PN结的反向电压超过某一数值（UBR）时，反向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。只要PN结不因电流过大产生过热而烧毁，反向电击穿与反向截止两种状态都是可逆的。 4）PN结的电容效应 加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的变化，说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考虑PN结的结电容作用。 5.2 半导体二极管 一. 点接触式和面接触式二极管的结构 二. 伏安特性（V—A特性) 硅二极管的伏安特性 锗二极