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1、第2章 半导体二极管,2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结的形成及特性 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及其分析方法 2.5 特殊二极管,本征半导体、杂质半导体,有关半导体的基本概念,自由电子、空穴,N型半导体、P型半导体,多数载流子、少数载流子,施主杂质、受主杂质,1.本征半导体,本征半导体化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 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。,2.1 半导体的基本知识,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,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
2、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。,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。,2.杂质半导,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 （主要载流子为电子、电子半导体） P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。 （主要载流子为空穴、空穴半导体）,N型半导体,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价
3、键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。,提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,Si,P,Si,Si,2. P型半导体,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。,空穴,P型半导体,硼原子,硅原子,空穴被
4、认为带一个单位的正电荷，并且可以移动,杂质半导体的示意表示法,1. PN 结的形成,在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散和漂移，在它们的交界面处就形成了PN结。,2.2 PN结的形成及特性,P型半导体,N型半导体,空间电荷区,PN结处载流子的运动,PN结处载流子的运动,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。,PN结处载流子的运动,因此扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,PN结正向偏置,内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大,P,N,+,_,
5、PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小,反向饱和电流 很小，A级,2. PN结的单向导电性,PN结加上正向电压或正向偏置的意思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加正向电压 导通,PN结加上反向电压或反向偏置的意思都是： P区加负、N区加正电压。 PN结加反向电压 截止,2.2.3 半导体二极管,1. 基本结构,PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,2. 伏安特性,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压U(BR),1). 理想模型,2. 恒压降模型,3). 折线模型,3. 二极管常用模型,4). 小信号模型,二极
6、管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,4. 二极管的参数,5. 二极管实物图片,例1. 二极管为理想二极管：死区电压为0 ，正向压降为。,二极管半波整流,例开关电路,电路如图所示，求AO的电压值,解：,先断开D，以O为基准电位，既O点为0V。,则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。,阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。,导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。,所以，AO的电压值为-6V。,2.5 特殊体二极管,2.5.1 稳压二极管,2.5.2 变容二极管,2.5.3 光电
7、子器件,1. 光电二极管,2. 发光二极管,3. 激光二极管,稳压二极管工作在反向击穿状态,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数,正向同二极管,工作电流,稳定电压,稳压二极管,(1) 稳定电压VZ,(2) 动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ =VZ /IZ,(3)最大耗散功率 PZM,(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin,(5)稳定电压温度系数VZ,稳压二极管主要参数,稳压电路,正常稳压时 VO =VZ,# 稳压条件是什么？,# 不加R可以吗？,# 上述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ ， VO的波形是怎样的？,作业： 2.4.3 2.4.5 2.4.6 (设D为理想模型） 2.4.8 2.5.1（设Dz正向压降为0.7v）,
