(第3章)二极管2011

1、3.1 半导体基础知识半导体基础知识3.3 半导体二极管半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 稳压二极管及其基本应用电路稳压二极管及其基本应用电路3.6 发光二极管及其基本应用发光二极管及其基本应用3.2 PN结结 3.1.1 半导体材料半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体本征半导体 3.1.4 杂质半导体杂质半导体3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。典型的半导体典型的半导

2、体元素：元素：硅硅Si和和锗锗Ge化合物：化合物：砷化镓砷化镓GaAs等。等。 3.1.1 半导体材料半导体材料电阻率：导体电阻率：导体 10106 610104 4 .cm .cm 绝缘体绝缘体 1010101010102222 .cm .cm 半导体半导体 10103 310109 9 .cm .cm硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构（平硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构（平面示意图）面示意图） 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。化学成分纯净的半导体。 3.1.3 本征半导体本征半导体本征半导体在掺入杂质后称为本征半导体在掺入杂质后称

3、为杂质半导体杂质半导体。 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 1. N型半导体型半导体 N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。的半导体。2. P型半导体型半导体 P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。的半导体。 3. 杂杂质对半导体导电性的影响质对半导体导电性的影响 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度: : n = p =1.41010/cm31 本征硅的

4、原子浓度本征硅的原子浓度: : 4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度: n=51016/cm3 本节中的有关概念本节中的有关概念 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 自由电子、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子3.2 PN结结 3.2.1 PN结的形成结的形成（了解）（了解） 3.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性（重点）（重点） 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 3.

5、2.4 PN结的电容效应（自学）结的电容效应（自学） 3.2.1 PN结的形成结的形成漂移运动：漂移运动： 由由电场作用引起电场作用引起的载流子的运动称为的载流子的运动称为漂移运动漂移运动。扩散运动：扩散运动： 由由载流子浓度差引起载流子浓度差引起的载流子的运动称为的载流子的运动称为扩散扩散运动运动。 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场内电场促使促使少子漂移少子漂移 内电场内电场阻止阻止多子扩散多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 3

6、.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 (1) PN(1) PN结加正向电压时结加正向电压时 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流PN结加正向电压导通：结加正向电压导通：由于外电场的作用，由于外电场的作用，扩散运扩散运动加剧，耗尽层变窄动加剧，耗尽层变窄，形成，形成大的扩散电流，故大的扩散电流，故PN结处于结处于导通状态。导通状态。 (2) PN(2) PN结加反向电压时结加反向电压时 高

7、电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流PN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽耗尽层变宽，阻止扩散运动，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似流。由于电流很小，故可近似认为其截止。认为其截止。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流通过，这种情况称为大的正向扩散电流通过，这种情况称为“导通导通状态状态”； PN结加反向电压时，呈现高电阻，只有极结加反向电压时，呈现高电阻，只有极小的反向漂移电流，这种情况称为小的反向漂移电流，这种情况称为“截止状截止状态态” 。 由此可以

8、得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。其中其中)1(/SDD TVveIiIS 反向饱和电流反向饱和电流VT 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 3.2.2 PN结的单向导电性（续）结的单向导电性（续） (3) PN结结V- I 特性表达式特性表达式其中，其中，q为电子电荷为电子电荷(1.6 10-19 C)，k为波耳兹曼常数为波耳兹曼常数(1.38 10-23J/K)iDOVBR D 当当PN结的结的反向电压反向电压增加增加到一定数值时，反向电流突然到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为

9、快速增加，此现象称为PN结结的的反向击穿。反向击穿。iDOVBR D热击穿热击穿不可逆不可逆齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿 电击穿电击穿可逆可逆 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 3.3.3 二极管的参数二极管的参数3.3 半导体二极管半导体二极管 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构(1) 点接触型二极管点接触型二极管(b)(

10、b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(d) 代表符号代表符号k 阴极阴极阳极阳极 a(2) 面接触型二极管面接触型二极管(3) 平面型二极管平面型二极管半导体二极管图片小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示)1(/SDD TVveIi0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死区死区VthVBR硅

11、二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性+iDvD-R正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性(1) 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压VBR和和最大反向工作电压最大反向工作电压VRM(3) 反向电流反向电流I IR R 3.3.3 二极管的参数二极管的参数 3.3.4 二极管的温度特性二极管的温

12、度特性T VD -2.5mV/; 10T1S2S122)(TI)(TIT 2AK18 1N4148 电极数 材料 类型 序号 最高工作温度Si管： 150-200 Ge管：75-100半导体器件命名法3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 稳压二极管及其基本应用电路稳压二极管及其基本应用电路一、一、原理及原理及伏安特性伏安特性二、主要参数二、主要参数三三、基本应用电路基本应用电路一、稳压二极管的原理及伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 利用二极管反利用二极管反向击穿后向击穿后在一定在一定的电流范围内的电流范围内端端电压基本不变的电压基本不变的原理。原理。二、 主要参数稳定电压稳定电