电子技术1-1(半导体基础,半导体二极管).ppt

1.半导体基础 2.半导体二极管,半导体器件,1.1 半导体基础,目,录,CONTENTS,半导体的基本概念,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料。 半导体：另有一类物质的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。,半导体的基本概念,半导体的导电能力会随外界条件的变化而发生显著变化，这些特点决定了半导体在电子线路中的广泛用途。 1.半导体导电能力随温度上升而明显提高； 2.半导体导电能力因光照不同而改变，光照强度越大，导电能力越强； 3.半导体导电能力受杂质影响很大。,本征半导体,完全纯净，没有任何杂质，结构完整的半导体单晶体称为本征半导体。 最常用的半导体材料是硅和锗，硅和锗晶体中，最外层价电子通过共用电子对结合形成共价键。,本征半导体,半导体的共价键结构图,共价键共用电子对,共 价 键,正离子核,本征半导体,一定温度下，本征半导体共价键中的电子会被激发成自由电子，同时在原共价键位置上留下带正电的空穴，形成电子-空穴对。 与本征激发现象相反，自由电子遇到空穴会填补空穴，使两者同时消失，这一现象称为复合。 在一定温度下，本征激发与复合这二者产生的电子空穴对数目相等，可以达到一种动态平衡。,自由电子,空穴,本征半导体,本征半导体主要依靠自由电子和空穴（称为载流子）导电，在一定的外界环境下，本征半导体激发的载流子浓度很低，所以半导体材料导电能力很弱，在实际应用中，往往通过掺杂的方式，提高材料的导电能力。,杂质半导体,1.N型半导体 在本征半导体中掺入微量的五价元素（如磷），就会形成N型半导体。N型半导体自由电子浓度较大，称为多（数载流）子，空穴较少，称为少（数载流）子。,磷（P）,多数载流子,杂质半导体,2.P型半导体 在本征半导体中掺入微量的三价元素（如硼），就会形成P型半导体。P型半导体空穴浓度较大，称为多（数载流）子，自由电子较少，称为少（数载流）子。,硼（B）,多数载流子,PN结,半导体中正负电荷数相等，其作用相互抵消，对外保持电中性。 把P型材料和N型材料制作在同一块硅片上，由于载流子浓度的差别，会出现扩散运动。,P区空穴浓度远高于N区。,N区自由电子浓度远高于P区。,PN结,由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。,因电场作用所产生的运动称为漂移运动。,参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。,PN结,随着扩散运动的进行，在界面N区的一侧，随着电子向P区的扩散，杂质变成正离子；在界面P区的一侧，随着空穴向N区的扩散，杂质变成负离子。所以在N型和P型半导体界面的N型区一侧会形成正离子薄层；在P型区一侧会形成负离子薄层。最终，扩散和漂移达到平衡，形成稳定的PN结（耗尽层）。,PN结,PN结加正向电压时： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。,PN结,PN结加反向电压时： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。,PN结,1.2 半导体二极管,目,录,CONTENTS,二极管的结构与符号,PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。P区引出的称为阳极（正极），N区引出的称为阴极（负极）。,点接触型,面接触型,二极管的伏安特性,二极管的伏安特性与PN结的伏安特性相似。,死区电压 (开启电压) 硅管0.5V,锗管0.1V。,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,反向击穿电流Is,1. 最大整流电流 IF,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,3. 反向击穿电压UBR,二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是UBR的一半。,2. 最高反向工作电压UR,保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。,(1-22),二极管的主要参数,4. 反向电流 IR,指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。,二极管工作的上限频率，超过此值，由于结电容的作用，不能很好的体现单向导电性。,5. 最高工作频率 f M,(1-23),二极管的主要参数,1.稳压二极管,稳压二极管是一种采用特殊工艺制成的，在反向击穿状态下能正常工作而不损坏的二极管。利用二极管被反向击穿后，电流急剧增大而电压几乎不变的特性，用在电路中以稳定电压。,(1-24),特殊二极管,(1-25),特殊二极管,例 2 在图1.1.13中，已知稳压二极管的UVDZ=6.3V, 当UI=20V，R=1k时，求UO。已知稳压二极管的正向导通压降UF=0.7 V。 ,解：当UI=+20V, VDZ1反向击穿稳压，UVDZ1=6.3V，VDZ2正向导通，UF2=0.7V，则UO=+7V；同理，UI= -20V, UO= -7V。,例 1 见教材 ,2.发光二极管（LED）,是半导