模拟电子技术教学课件-PN结.ppt

单元1 半导体二极管的认知 单元一 半导体二极管的认知 《模拟电子技术》 模块1：半导体二极管的分析与应用 知识准备部分 1.1 PN结 1.1.1　本征半导体 1.1.2　杂质半导体 1.1.4　PN 结的单向导电性 1.1.5　PN 结的结电容 1.1.3　PN 结的形成 几乎不含杂质的纯净半导体称为本征半导体。目前用于制造半导体器件的材料有硅（Si）、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)等，其中以硅和锗最为常用。 1、本征半导体中的两种载流子——电子和空穴 自由电子 空穴 在本征半导体中，既有电子载流子，又有空穴载流子，存在两种载流子是半导体导电的一个重要特征。 1.1.1 本征半导体 2、本征半导体的热敏特性和光敏特性 热敏特性和光敏特性：温度越高或光照越强，本征半导体内载流子数目 越多，导电性能越好。 半导体的掺杂特性：如果在本征半导体中掺入微量其他元素，会使其导电能力大大加强，掺入的杂质越多，半导体的导电能力越强。 杂质半导体：掺入微量元素的原子称为杂质，掺入杂质的半导体称为 杂质半导体。杂质半导体有P型半导体和N型半导体两大类。 1.1.1 本征半导体 本征激发：本征半导体受热或光照后产生电子空穴对的物理现象 。 1.1.2 杂质半导体 N型半导体 — 在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素，如磷、砷（杂质）所构成。 正离子 多数载流子 少数载流子 电子为多数载流子 空穴为少数载流子 载流子数 ? 电子数 P型半导体 — 在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元素，如棚、铟（杂质）所构成。 负离子 多数载流子 少数载流子 空穴 — 多子 电子 — 少子 载流子数 ? 空穴数 电中性 1.1.3 PN结的形成 1、载流子的浓度差引起多子的扩散 2、交界面形成空间电荷区(PN结)，建立内电场 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行， 利于少子的漂移。 3、扩散和漂移达到动态平衡，形成PN结。 扩散电流 等于漂移电流， 总电流 I = 0。 内建电场 PN 结形成 载流子在电场作用下的定向运动 1.1.3 PN结的形成 PN 结形成 PN结又称： 耗尽层、阻挡层、势垒区 对称PN结：当P区和N区掺杂浓度相同时，交界面两 侧的空间电荷区宽度相等。 不对称PN结：当P区和N区掺杂浓度不同时，交界面 两侧的空间电荷区宽度不相等。 P+ N +号表示掺杂浓度高的一侧，其空间电荷区宽度小于另一侧。 1.1.4 PN结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置)（P+、N– ） P 区 N 区 内电场 + ? U R 外电场 IF 限流电阻 扩散运动加强形成正向电流 IF 。 IF = I多子 ? I少子 ? I多子 2. 外加反向电压(反向偏置) （P–、N+） P 区 N 区 ? + U R 内电场 外电场 外电场使少子背离 PN 结移动， 空间电荷区变宽。 IR 漂移运动加强形成反向电流 IR IR = I少子 ? 0 PN 结的单向导电性： 正偏呈低阻导通 正向电流IF较大; 反偏呈高阻截止， 反向电流为IR很小。 外电场使多子向 PN 结移动,中 和部分离子使空间电荷区变窄。 PN 结的单向导电性 ? + U R 1.1.5 PN结的结电容 势垒电容 CB： PN中的电荷量随外加电压变化而改变所显示的效应（反偏时显著）。 扩散电容 CD： 多子在扩散过程中积累程度随外加电压变化而改变所显示的效应（正偏时显著）。 + ? U R 单元1 半导体二极管的认知