极体的物理性质及特性.ppt

第2章 二極體的物理性質及特性,2-1 自由電子與電洞 2-2 P型半導體與N型半導體 2-3 P-N接面二極體 2-4 二極體的V-I特性曲線 2-5 理想二極體與簡化二極體模型 2-6 稽納二極體 2-7 發光二極體,總目錄,節目錄,2-1 自由電子與電洞,3. 矽（Si）與鍺（Ge）的原子結構,節目錄,層次,半導體,(1)矽與鍺為最主要的半導體材料。 (2)矽的原子序數為14，鍺的原子序數為32。 (3)矽與鍺最外層之電子數目都是4個，為四價元素。,節目錄,4.電子電洞對,節目錄,(1)在絕對零度0K時，晶體的作用有如一絕緣 體。 (2)電子由價帶進入傳導帶所需的能量，鍺約 為0.7eV，矽約為1.1eV。,節目錄,5.電子與電洞之移動,節目錄,(1)圖中，一個圓圈加一點者代表一完整的共價鍵，而空圓 圈代表一個電洞。 (2)在本質半導體中，電子載子的濃度與電洞載子的濃度相 等。,2-2 P型半導體與N型半導體,1.P型材料,節目錄,(1)摻入雜質（三價元素）：硼（B）、鋁（Al）、 鎵（Ga）、銦（In）等。 (2)受體：雜質原子接受電子而促使電洞的活動。 (3)電性：中性。 (4)多數載子：電洞；少數載子：自由電子。 (5)公式： 自由負電荷濃度 與正電荷濃度 之乘積，在 熱平衡下，與摻入之雜質無關，而為一定值。,節目錄,節目錄,2.N型材料,(1)摻入雜質（五價元素）：磷（P）、砷 （As）、銻（Sb）等。 (2)施體：雜質原子含有多餘的自由電子， 意即能夠施予電子。 (3)電性：中性。 (4)多數載子：自由電子；少數載子：電洞。 (5)公式：,節目錄,3.N型與P型之特性比較,節目錄,2-3 P-N接面二極體,1.二極體之構造,節目錄,(1)：電洞；：電子； ：施體離子；：受體離子。 (2)離子固定於晶體格中，不可移動。 (3)施體離子釋放出電子帶正電 受體離子吸收電子帶負電,節目錄,2.二極體之符號,節目錄,(1)黑點或黑帶的標記通常指的是陰極。 (2)陽極較高或正的電位；陰極較低或負 的電位。 (3)體積愈大，愈能承受較大的散逸功率。,節目錄,3.PN接面工作的情形,(1)未加偏壓的情形,節目錄,接面兩端的電子與電洞雖互有擴散，但其作用相互抵消，| I |0。 空乏區域：沒有自由電子和電洞，有正、負離子。 障壁電壓：P區（負離子）與N區（正離子）所形成之電位，鍺約為0.20.3V，矽約為0.60.7V。 公式： 空乏區域中，正電荷總量必須等於負電荷總量。,節目錄,(2)逆向偏壓的情形,節目錄,逆向偏壓：P接負電壓，N接正電壓。 影響：空乏區寬度變寬，障壁電勢增加。 逆向飽和電流 ：逆向偏壓所存在的電流。,節目錄,(3)順向偏壓的情形,節目錄,順向偏壓：P接正電壓，N接負電壓。 影響：空乏區寬度變窄，障壁電勢減少。 順向電流 ：隨順向偏壓的增加而加大。,節目錄,2-4 二極體的V-I特性曲線,節目錄,1.順向偏壓,(1)動作原理：, ,節目錄,(3)二極體之V-I特性曲線為一非線性特性。,節目錄,2.逆向偏壓及崩潰區,節目錄,3.溫度效應,節目錄,(1)障壁電壓,節目錄,4.電容效應,節目錄,(1)PN接合面的空乏區相當於電介質，P型區及N型區相當於兩個電極。,當逆壓愈大時，空乏區寬度d變大，電容量C則 降低，C與外加逆向偏壓成反比。,節目錄,5.電阻效應,節目錄,6.矽與鍺二極體之特性比較,節目錄,2-5 理想二極體與簡化 二極體模型,1.理想二極體,節目錄,節目錄,2.定值電壓模型（含障壁電壓）,節目錄,(3)定值電壓模型是考慮了障壁電壓，忽略了順向內阻。,節目錄,3.片斷線性模型（含障壁電壓及順向內阻）,節目錄,(1)在順向特性曲線上，利用直的線段來近似於二極體的特性曲線。,節目錄,2-6 稽納二極體,1. 稽納二極體的符號與等效電路,節目錄,(2)摻雜之濃度增加時，稽納電位將隨之降低。 (3)工作於逆向崩潰區，供穩壓用。,節目錄,2.稽納二極體特性,節目錄,節目錄,3.稽納二極體的應用,(1)負載變動的電壓調整,節目錄,節目錄,節目錄,節目錄,(2)輸入電壓變動的輸出電壓調整,節目錄,2-7 發光二極體,1.LED之電路符號、偏壓安排及電發光過程,節目錄,(1)在順偏的P-N接合面，在靠近接面處會發生電子與電洞的復合作用，使自由電子所具有的能量轉變成熱能或光子的形式放射出來。 (2)材料：磷砷化鎵（GaAsP）或磷化鎵（GaP）。,節目錄,2.LED典型的特性曲線（一）,節目錄,(1)圖(a)中，LED有較大的 電壓（約為1.73.3V）。 (2)圖(b)中，LED的相對發光強度與順向電流成正比關係。 (3)圖(c)中，在某一特定頻率下脈波寬度愈寬時，容許的峰值電流愈低。,圖2-35 LED典型的特性曲線（續）,節目錄,3.LED典型的特性曲線（二）,節目錄,圖2-35 LED典型的特性曲線（續）,(1)圖(d)中，顯示出LED的發光強度在0（或正前方）時強度最大，在90（從側面看）時強度最小。 (2)圖(e)中，為一典型紅色LED的光輸出與波長。 (3)圖(f)中，為紅外線的LED輸出，其波長以微毫米（nm）表示。,節目錄,4.LED七段顯示器,節目錄,(1)目前所使用的LED有紅光、綠光、黃光、橙色光以及白色光等多種。 (2)使用的材料決定發射光的光譜分布