二极管及其电路解析课件.pptVIP

模拟电子技术3二极管及其电路授课人：庄友谊1

3二极管及其电路§3.1半导体的基本知识§3.2PN结的形成及特性§3.3二极管§3.4二极管基本电路及其分析方法§3.5特殊二极管2

§3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料：导体：自然界中很容易导电（ρ10—10Ω·m）的物质-8-5称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电（ρ10——10Ω·m），称为818绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体它具有不同于其它物质的性质。例如：?负温度系数：Cu：+0.4%/℃Ge:20℃→32℃,ρ下降一半?光敏特性：光强↗，ρ↘?掺杂影响：导体：杂质↗，ρ↗；半导体则相反3

3.1.2半导体的共价键结构：现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。惯性核SiGe价电子通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。4

3.1.3本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体称本征半导体。1、硅和锗的晶体结构：在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。5

硅和锗的共价键结构+4+4+4共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子+4+4形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。6

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。7

2、本征半导体的导电机理（1）载流子、自由电子和空穴：在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。当温度升高时，束缚电子就会获得随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴，这种现象称本征激发。8

+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴+4+4束缚电子9

(2)本征半导体的导电机理:本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。在其它力的作+4+4+4用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。+4+4+4+4+4+410

在外电场的作用下，自由电子和空穴都会作定向移动本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体内的动态平衡：本征激发产生的自由电子和空穴复合：空穴和自由电子相遇而一起消失的现象。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。11

半导体物理结果：n=p=AT3/2exp（-Eg/2KT）Eg——禁带宽度（Ge：0.68ev，Si：1.1ev）K——玻耳兹曼常数（1.38*10-23J/K）A是常数（Si：4.28*1025个/cmT=300K，Si：n=p=1.4*1010个/cmGe:n=p=2.5*1013个/cm3）33，而且随温度变化快。12

杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。13

一、N型半导体:在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素（如：磷或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。14

多余电子+4+4+4N型半导体中有哪些载流子？磷原子+4+4+4+51.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。+4+42.本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，N型半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。15

[例]在Si中掺250万分之一P，ρ=5*1022个/CM，3硅求多、少子浓度。解：N=5*1022/2500000=2*1016个/CM3pn≈Np∵n=1.4*1010