2章半导体二极管及其基本电路.ppt
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1、2章 半导体二极管及基本电路,半导体的基本知识,PN结的形成及特性,半导体二极管,特殊二极管,二极管基本电路分析,半导体的基本知识,本征半导体、空穴及其导电作用,杂质半导体,根据物体导电能力(电阻率)的不同,划分为导体、绝缘体和半导体。 半导体的电阻率为10-3109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的特点:1)导电能力不同于导体、绝缘体;2)受外界光和热刺激时电导率发生很大变化光敏元件、热敏元件;3)掺进微量杂质,导电能力显著增加半导体。,半导体的基本知识,半导体的共价键结构,硅和锗是四价元素,在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价
2、电子形成共价键。 原子按一定规律整齐排列,形成晶体点阵后,结构图为:,返回,本征半导体、空穴及其导电作用,本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,载流子可以自由移动的带电粒子。电导率与材料单位体积中所含载流子数有关,载流子浓度越高,电导率越高。,返回,电子空穴对,当T=0K和无外界激发时,导体中没有栽流子,不导电。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子本证激发。,自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,这个空位为空穴。,自由电子,因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。,本征激发,动画1
3、-1,空穴,返回,杂质半导体,N型半导体(电子型半导体),在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ),多余电子,成为自由电子,自由电子,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。,返回,P型半导体(空穴型半导体),在本征半导体中掺入三价的元素(硼),空穴,空穴,返回,N型半导体的多数载流子为电子,少数载流子是空穴;P型半导体的多数载流子为空穴,少数载流子是电子。,例:纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级, 在室稳下,载流子浓度为ni=pi=1010数量级, 掺入百万分之一的杂质(1/10
4、-6),即杂质浓度为1022*(1/106)=1016数量级, 则掺杂后载流子浓度为1016+1010,约为1016数量级,比掺杂前载流子增加106,即一百万倍。,返回,PN结的形成及特性,PN结的形成及特性,PN结的单向导电性,PN结的形成,PN结的形成,在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,因浓度差,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区,空间电荷区形成内电场,动画,+ 五价的元素,+ 三价的元素,产生多余电子,产生多余空穴,PN结的单向导电性,(1) PN结加正向电压,外加的正向电压,方向与PN结内电场方向相反
5、,削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流,可忽略漂移电流的影响,PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏。,动画,外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同,加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强,扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流,可忽略扩散电流,PN结呈现高阻性。 P区的电位低于N区的电位,称为加反向电压,简称反偏。,在一定的温度条件下,由本征激发决定的少子浓度是一定的,故少子形成的漂移电流是恒定的,基本上与所加反向电压的大小无关,这个电流也称为反向饱和电流。,动画
6、,(2)PN结加反向电压,总之:PN结正向电阻小,反向电阻大单向导电性。,返回,半导体二极管,半导体二极管,二极管 :一个PN结就是一个二极管。单向导电:二极管正极接电源正极,负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号:,二极管按结构分有点接触型、面接触型二大类。,(1) 点接触型二极管,PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大,用于大电流整流电路。,半导体二极管的结构,半导体二极管的伏安特性曲线,式中IS 为反向饱和电流,VD 为二极管两端的电压降,VT =kT/q 称为温度的电压当量,k为玻耳兹曼常数,q 为电子电荷量,T 为热力学
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- 半导体 二极管 及其 基本 电路
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