电路与电子技术基础第6章(海大)

1、第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 第一节第一节 半导体基础知识半导体基础知识 6.1.1 本征半导体本征半导体 6.1.2 杂质半导体杂质半导体 第二节第二节 PN结及半导体二极管结及半导体二极管 6.2.1 异型半导体的接触现象异型半导体的接触现象 6.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性 6.2.3 半导体二极管半导体二极管 6.2.4 半导体二极管的应用半导体二极管的应用 第三节第三节 半导体晶体管半导体晶体管 6.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型 6.3.2 晶体管的放大作用晶体管的放大作用

2、 6.3.3 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 6.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1. 半导体半导体 半导体的物理特性半导体的物理特性物质根据其导电性能分为物质根据其导电性能分为 导体：导电能力良好的物质。导体：导电能力良好的物质。 绝缘体：导电能力很差的物质。绝缘体：导电能力很差的物质。 半导体：是一种导电能力介于导体和绝缘体之半导体：是一种导电能力介于导体和绝缘体之 间间的物质，如硅、锗、硒、砷化镓及一些硫化物和氧的物质，如硅、锗、硒、砷化镓及一些硫化物和氧化物。化物。第一节 半导体基础知识第六章第六章 半导体器件的基本特性半

3、导体器件的基本特性 半导体的导电能力具有独特的性质。半导体的导电能力具有独特的性质。温度升高时，纯净的半导体的导电能力显著温度升高时，纯净的半导体的导电能力显著增加；增加；在纯净半导体材料中加入微量的在纯净半导体材料中加入微量的“杂质杂质”元元素，它的电导率就会成千上万倍地增长；素，它的电导率就会成千上万倍地增长；纯净的半导体受到光照时，导电能力明显提纯净的半导体受到光照时，导电能力明显提高。高。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性半导体的晶体结构半导体的晶体结构原子的组成：原子的组成： 带正电的原子核带正电的原子核 若干个围绕原子核运动的带负电的电子若干个围绕原子核运动的带

4、负电的电子 且整个原子呈电中性。且整个原子呈电中性。半导体器件的材料：半导体器件的材料： 硅（硅（Silicon-SiSilicon-Si）：四价元素，硅的原子序）：四价元素，硅的原子序数是数是1414，外层有，外层有4 4个电子。个电子。 锗（锗（Germanium-GeGermanium-Ge）：也是四价元素，锗的）：也是四价元素，锗的原子序数是原子序数是3232，外层也是，外层也是4 4个电子。个电子。 第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 简化原子结构模型如图的简化形式。简化原子结构模型如图的简化形式。+4惯性核惯性核价电子价电子 硅和锗的简化原子模型硅和锗的简化原子

5、模型第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性单晶半导体结构特点：单晶半导体结构特点：共价键共价键: :由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价电子对所由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价电子对所构成的联系。构成的联系。下图是晶体共价键结构的平面示意图。下图是晶体共价键结构的平面示意图。晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性2.半导体的导电原理半导体的导电原理 本征半导体本征半导体（Intrinsic SemiconductorIntrinsic Semiconductor）

6、 纯净的、结构完整的单晶半导体，称为本征半导体。纯净的、结构完整的单晶半导体，称为本征半导体。 物质导电能力的大小取决于其中能参与导电的粒子物质导电能力的大小取决于其中能参与导电的粒子载流子的多少。载流子的多少。 本征半导体在绝对零度（本征半导体在绝对零度（T=0KT=0K相当于相当于T=T=273273）时，）时，相当于绝缘体。相当于绝缘体。 在室温条件下，本征半导体便具有一定的导电能力。在室温条件下，本征半导体便具有一定的导电能力。 第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性半导体中的载流子半导体中的载流子自由电子自由电子空穴空穴空穴和自由电子同时参加导电，是半导体的重要特点空

7、穴和自由电子同时参加导电，是半导体的重要特点 价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子的同时，价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子的同时，在原来的共价键位置上留下了一个空位，这个空在原来的共价键位置上留下了一个空位，这个空位叫做空穴。位叫做空穴。 空穴带正电荷。空穴带正电荷。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时便产生在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生，称为电子空一个空穴。电子和空穴总是成对地产生，称为电子空穴对。穴对。 半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫做本征半导体中共价键分裂产生电子空穴对

8、的过程叫做本征激发。激发。 产生本征激发的条件：加热、光照及射线照射。产生本征激发的条件：加热、光照及射线照射。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性BA空穴空穴自由电子自由电子图图 晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共价键共价键空穴的运动实质上是价电子填补空穴而形成的。空穴的运动实质上是价电子填补空穴而形成的。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 由于空穴带正电荷，且可以在原子间移动，因由于空穴带正电荷，且可以在原子间移动，因此，空穴是一种载流子。此，空穴是一种载流子。 半导体中有两种载流子：半导体中有两种

9、载流子：自由电子载流子（简自由电子载流子（简称电子）称电子）和和空穴载流子（简称空穴）空穴载流子（简称空穴），它们均，它们均可在电场作用下形成电流。可在电场作用下形成电流。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？否会越来越大呢？ 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓度都保持一个定值。度都保持一个定值。 半导体中存在半导体中存在载流子的产生过程载流

10、子的产生过程载流子的复合过程载流子的复合过程第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性综上所述：综上所述：(1)(1)半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，电半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。子带负电，空穴带正电。(2)(2)本征半导体中，电子和空穴总是成对地产生，本征半导体中，电子和空穴总是成对地产生，ni = pini = pi。(3)(3)半导体中，同时存在载流子的产生和复合过程。半导体中，同时存在载流子的产生和复合过程。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性a:空穴带正电量空穴带正电量b：空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的：空穴

11、是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子，与电子电量相等，符号相反粒子，与电子电量相等，符号相反空穴：空穴：自由电子载流子：带单位负电自由电子载流子：带单位负电空穴载流子空穴载流子 ：带单位正电：带单位正电1、在本征激发（或热激发）中，电子，空穴成对产生。、在本征激发（或热激发）中，电子，空穴成对产生。2、在常温下本征半导体内有两种载流子。、在常温下本征半导体内有两种载流子。载流子：物体内运载电荷的粒子，决定物体的导电能力。载流子：物体内运载电荷的粒子，决定物体的导电能力。在外电场的作用下，电子、空穴运动方向相反，对在外电场的作用下，电子、空穴运动方向相反，对电流的贡献是叠加的。电流的贡献是叠加的

12、。注意：注意：第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性本征激发本征激发电子电子空穴空穴E E g g1电子电子 空穴空穴随机碰撞随机碰撞复合复合 （自由电子释放能量）电子空穴对消失（自由电子释放能量）电子空穴对消失23本征激发本征激发动态平衡动态平衡复合复合 是电子空穴对的两种矛盾运动形式。是电子空穴对的两种矛盾运动形式。 在在本本征征半半导导体体中中电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度总总是是相相等等的的若若设设 ni为为电电子子浓浓度度， pi为为空空穴穴浓浓度度则则 ni=pi本征载流子浓度：本征载流子浓度：第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 杂质半导体杂质

13、半导体本征半导体的电导率很小，而且受温度和光照等条件影响甚大，本征半导体的电导率很小，而且受温度和光照等条件影响甚大，不能直接用来制造半导体器件。不能直接用来制造半导体器件。本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺入微量元素，导电本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺入微量元素，导电能力显著提高。能力显著提高。掺入的微量元素掺入的微量元素“杂质杂质”。掺入了掺入了“杂质杂质”的半导体称为的半导体称为“杂质杂质”半导体。半导体。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性常用的杂质元素常用的杂质元素三价的硼、铝、铟、镓三价的硼、铝、铟、镓五价的砷、磷、锑五价的砷、磷、锑通过控制掺入的杂质

14、元素的种类和数量来制成各种各通过控制掺入的杂质元素的种类和数量来制成各种各样的半导体器件。样的半导体器件。 杂质半导体分为：杂质半导体分为：N型半导体型半导体和和P型半导体型半导体。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性N型半导体4 4 4 5 4 4 4 4 4 在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入 5 5 价价元元素素的的杂杂质质（砷砷、磷磷、锑锑）就就成成为为 NN 型型杂杂质质半半导导体体。杂杂质质原原子子能能提提供供多多余余电电子子称称为为施施主主杂杂质质室温T=300kN型型杂杂质质半半导导体体的的特特点点：+5第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性

15、 P型半导体型半导体 在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入 3 3 价价元元素素 （如如 B 硼硼） ，就就成成为为 P P 型型半半导导体体。3 价价 杂杂 质质 原原 子子 接接 受受 电电 子子 负负 离离 子子 受受 主主 杂杂 质质 （ acceptor impurity） （ 受受 主主 原原 子子 ） 位位 于于 受受 主主 能能 级级 产产 生生 空空 位位 （ 位位 于于 价价 带带 ）室 温T=300k带带负负电电离离子子与与带带正正电电空空穴穴间间有有吸吸引引力力，即即空空穴穴是是受受束束缚缚的的，只只能能在在负负离离子子附附近近活活动动。但但只只要要赋赋予予它它一一定定

16、的的能能量量，它它挣挣脱脱束束缚缚运运动动到到远远离离负负离离子子的的地地方方，该该空空穴穴就就和和本本征征激激发发产产生生的的空空穴穴一一样样可可以以自自由由运运动动。对对半半导导体体的的导导电电有有贡贡献献。P型型半半导导体体的的特特点点：2 2 在在室室温温下下3 3价价受受主主原原子子产产生生的的空空位位全全部部可可被被激激发发为为价价带带中中的的空空穴穴，故故P P型型半半导导体体中中空空穴穴数数很很高高，主主要要靠靠空空穴穴导导电电。称称为为空空穴穴半半导导体体。4 4 4 3 4 4 4 4 4 -3 3 P P型型半半导导体体中中也也有有本本征征激激发发而而产产生生电电子子空空

17、穴穴对对，但但由由于于复复合合作作用用，电电子子数数目目很很小小，空空穴穴的的浓浓度度远远大大于于电电子子浓浓度度。P P型型半半导导体体： 多多子子 空空穴穴 且且：多多子子浓浓度度pi 少少子子 电电子子 少少子子浓浓度度ni第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性综上所述：综上所述：(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。型半导体。N型型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。有不参加导电的正离子。(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成

18、本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。电的负离子。(3)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。发产生，其浓度与温度有关。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性(3) 漂移电流与扩散电流漂移电流与扩散电流引起载流子定向运动的原因有两种：引起载流子定向运动的原因有两种：由于电场而引起的定向运动由于电场而引起的定向运动漂移运动（漂移电流）漂移运动（漂移电流

19、）由于载流子的浓度梯度而引由于载流子的浓度梯度而引起的定向运动起的定向运动扩散运动扩散运动（扩散电流）（扩散电流） 漂移电流漂移电流 在电子浓度为在电子浓度为n,空穴浓度为空穴浓度为p的半导的半导体两端外加电压体两端外加电压V，在电场，在电场E的作用下，的作用下，空穴将沿电场方向运动，电子将沿与电空穴将沿电场方向运动，电子将沿与电场相反方向运动：场相反方向运动：EV第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 扩散扩散 电电 流流扩扩散散电电流流是是半半导导体体中中载载流流子子的的一一种种特特殊殊运运动动形形式式，是是由由于于载载流流子子的的浓浓度度差差而而引引起起的的，扩扩散散运运

20、动动总总是是从从浓浓度度高高的的区区域域向向浓浓度度小小的的区区域域进进行行，光光照照 N型半导体x第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性NP+- 在在一一块块 N 型型半半导导体体（or P type） ，用用杂杂质质补补偿偿的的方方法法掺掺入入一一定定数数量量的的 3 3 价价元元素素（o or r 5 5 价价元元素素）将将这这一一部部分分区区域域转转换换成成 P P 型型（或或 NN 型型） ，则则在在它它们们的的界界面面处处便便生生成成 PN 结结。PN 结结是是晶晶体体二二极极管管及及其其它它半半导导体体的的基基本本结结构构，在在集集成成电电路路中中极极其其重重要要

21、。ENP+-一、半导体的接触现象一、半导体的接触现象第二节 PN结及半导体二极管第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性一一PN结的动态平衡过程和接触电位结的动态平衡过程和接触电位（一） 空空间间电电荷荷区区(space charge region) 在在NN型型和和P P型型半半导导体体的的界界面面两两侧侧，明明显显地地存存在在着着电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度差差，导导致致载载流流子子的的扩扩散散运运动动：P P型型半半导导体体中中空空穴穴NN 区区扩扩散散与与NN 区区中中电电子子复复合合 P P区区留留下下负负离离子子NN区区生生成成正正离离子子 NN 型型半半导导体体

22、中中电电子子（多多子子）P P 区区扩扩散散与与 P P 区区空空穴穴复复合合 NN 区区留留下下正正离离子子P P 区区生生成成负负离离子子。 NN 区区则则为为正正 P P 区区则则为为负负形形成成内内建建电电场场 E伴伴随随着着扩扩散散和和复复合合运运动动在在PN结结界界面面附附近近形形成成一一个个空空间间电电荷荷区区： 内内建建电电场场 形形成成少少子子的的漂漂移移运运动动 NN区区中中空空穴穴P P区区 P P区区中中电电子子NN区区消弱消弱内建电场内建电场ENP+-ENP+- 显显然然半半导导体体中中多多子子的的扩扩散散运运动动和和少少子子的的漂漂移移运运动动是是一一对对矛矛盾盾运

23、运动动的的两两个个方方面面：多多 子子 扩扩 散散 运运 动动空空间间电电荷荷区区内内建建电电场场E E少少子子漂漂移移结结果果：多多子子扩扩散散运运动动 少少子子的的漂漂移移 扩扩散散电电流流 漂漂移移电电流流热平衡（动态平衡）热平衡（动态平衡） PN 结结中中总总电电流流为为零零。空空间间电电荷荷区区宽宽度度稳稳定定形形成成 PN 结结。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性NP+-E偏偏置置：在在P PNN结结两两端端外外接接电电源源电电压压 正正向向偏偏置置：P P 区区接接正正电电源源，NN 区区接接负负 反反向向偏偏置置：NN 区区接接正正，P P 区区接接负负二、

24、二、PN结的单向导电特性结的单向导电特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1. 1. 正向偏置，正向电流正向偏置，正向电流RUNP+-U UiD正正向向偏偏置置外外电电场场削削弱弱内内电电场场 势势垒垒降降低低阻阻挡挡层层变变窄窄破破坏坏P PNN结结动动态态平平衡衡扩扩散散运运动动占占优优势势漂漂移移减减弱弱扩扩散散电电流流Di较较大大。扩散电流的全过程：扩散电流的全过程：电电子子由由电电源源负负极极NN 区区 P PNN 结结P P 区区P P 区区空空穴穴复复合合电电源源正正极极向向 P P 区区提提供供空空穴穴扩扩散散iDiDiDiD+_第六章第六章 半导体器件的基

25、本特性半导体器件的基本特性NP+-2. 2. 反向偏置，反向电流反向偏置，反向电流RUUiRU NP+-iRiRiRiR反反向向偏偏置置：外外电电场场与与内内建建电电场场方方向向一一致致P PNN 结结势势垒垒提提高高 （阻阻挡挡层层变变宽宽）漂漂移移占占优优势势扩扩散散减减弱弱漂漂移移电电流流 iR很很小小。 由于由于反向漂移电流是少数载流子漂移形成的电流反向漂移电流是少数载流子漂移形成的电流，而少数载流，而少数载流 子浓度很低，故子浓度很低，故反向电流远小于正向电流反向电流远小于正向电流，即，即 iD|iR| +_第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 PN结外加正向电压结

26、外加正向电压PN结外加正向电压时（结外加正向电压时（P正、正、N负），空间电荷区变窄。负），空间电荷区变窄。不大的正向电压，产生相当大的正向电流。不大的正向电压，产生相当大的正向电流。外加电压的微小变化，扩散电流变化较大。外加电压的微小变化，扩散电流变化较大。 第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，自建电场增强，多结加反向电压时，空间电荷区变宽，自建电场增强，多子的扩散电流近似为零。子的扩散电流近似为零。 反向电流很小，它由少数载流子形成，与少子浓度成正比。反向电流很小，它由少数载流子形成，与少子浓度成正比。少子的值与外加电压无关，因此反向电

27、流的大小与反向电少子的值与外加电压无关，因此反向电流的大小与反向电压大小基本无关，故称为反向饱和电流。压大小基本无关，故称为反向饱和电流。温度升高时，少子值迅速增大，所以温度升高时，少子值迅速增大，所以PN结的反向电流受温结的反向电流受温度影响很大。度影响很大。 PN结外加反向电压结外加反向电压 第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性结论结论：PN结的单向导电性：结的单向导电性： PN结加正向电压产生大的正向电流，结加正向电压产生大的正向电流， PN结导电。结导电。 PN结加反向电压产生很小的反向饱和电流，近似为零，结加反向电压产生很小的反向饱和电流，近似为零， PN结不导电。

28、结不导电。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性定量描绘定量描绘PN结两端电压和流过结的电流的关系结两端电压和流过结的电流的关系的曲线的曲线PN结的伏安特性。结的伏安特性。根据理论分析，根据理论分析，PN结的伏安特性方程为结的伏安特性方程为) 1(kTqUSeII外加电压外加电压流过流过PN结结的电流的电流电子电荷量电子电荷量q =1.610-19C反向饱和电流反向饱和电流绝对温度绝对温度(K)玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数k =1.3810-23J/K自然对数的底自然对数的底3、 PN结的伏安特性结的伏安特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性令令 )1( kTq

29、USeIITUqkT 在常温下，在常温下，T = 300K， 则则)1( TUUSeIImVqkTUT26106 . 13001038. 11923 当当U大于大于UT数倍数倍TUUSeII 1 TUUe即正向电流随正向电压的增加以指数规律迅速增大。即正向电流随正向电压的增加以指数规律迅速增大。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性外加反向电压时，外加反向电压时，U为负值，当为负值，当|U|比比UT大几倍时，大几倍时， 1TUUe)1( TUUSeIII-IS即加反向电压时，即加反向电压时，PN结只流过很小的反向饱和结只流过很小的反向饱和电流电流。第六章第六章 半导体器件的基本

30、特性半导体器件的基本特性 曲线曲线OD段段表示表示PN结结正向偏置时的伏安特正向偏置时的伏安特性，称为性，称为正向特性正向特性； 曲线曲线OB段段表示表示PN结结反向偏置时的伏安特反向偏置时的伏安特性，称为性，称为反向特性反向特性。U（mV）I（mA）0图图 PN结的理论伏安特性结的理论伏安特性DT=25B-IS（V）0.2550 75 100(uA)0.511.52l画出画出PN结的理论伏安特结的理论伏安特性曲线。性曲线。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 加大加大PN结的反向电压结的反向电压到某一值时，反向电到某一值时，反向电流突然剧增，这种现流突然剧增，这种现象称为象

31、称为PN结击穿结击穿，发，发生击穿所需的电压称生击穿所需的电压称为为击穿电压击穿电压，如图所，如图所示。示。 反向击穿的特点反向击穿的特点：反：反向电压增加很小，反向电压增加很小，反向电流却急剧增加。向电流却急剧增加。UBRU（V）I（mA）0图图4-6 PN结反向击穿结反向击穿第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性4、 PN结的电容效应结的电容效应 第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性+-RUU+_iR(1) 势垒电容PN 结结反反偏偏U空空间间电电荷荷区区Q U +-+ +Q- -Q+ +U 第六章第六

32、章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性载 流 子 浓度。 。 。QpQn. . PNU+U-。 。 。 。 。 。 。. . . .（2）扩散电容）扩散电容第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1.半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型 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。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。 (1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。(a)(a

33、)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三、半导体二极管三、半导体二极管第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 PN结面积大，用于工结面积大，用于工频大电流整流电路。频大电流整流电路。(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 往往用于集成电往往用于集成电路制造中。路制造中。PN 结面积结面积可大可小，用于高频整可大可小，用于高频整流和开关电路中。流和开关电路中。n (3) 平面型二极管平面型二极管n (2)面接触型二极管面接触型二极管n(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(b)(b)面接触型面接触型阳极阳极阴极阴极

34、第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性半导体二极管图片半导体二极管图片第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性半导体二极管图片半导体二极管图片第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性半导体二极管图片半导体二极管图片第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性2. 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性的测出。二极管的伏安特性的测出。VmAVDRRW（a）测正向特性）测正向特性VmAVDRRW（b）测反向特性）测反向特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性n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

35、下式表示)1(/ TDUUSDeIi(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性CDoBAUBRuDiD（b b）2CP10-202CP10-20的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）7520（c c）2AP152AP15的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 正向特性正向特性 死区电压：死区电压：硅管硅管 0.5V 锗管锗管 0.1V 线性区：线性区：硅管硅管 0.6V1V 锗管锗管 0.

36、2V0.5V 对温度变化敏感：对温度变化敏感： 温度升高温度升高正向特性曲线左移正向特性曲线左移 温度每升高温度每升高1正向压降正向压降 减小约减小约2mV。(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性正向正向特性特性CDoBAUBRuDiD第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 反向特性反向特性 反向电流：反向电流：很小。很小。 硅管硅管 0.1微安微安 锗管锗管 几十个微安几十个微安 受温度影响大：受温度影响大： 温度每升高温度每升高10 反向电流增加约反向电流增加约1倍。倍。 反向击穿特性反向击穿特性 反向击穿反向击穿UBR:几十伏以上。几十伏以上。(a)二极管理论伏安特性

37、二极管理论伏安特性反向反向击穿击穿特性特性CDoBAUBRuDiD反向反向特性特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1. 最大整流电流最大整流电流 IF： 允许最大正向平均电流。允许最大正向平均电流。 （其大小与面积、散热有关）（其大小与面积、散热有关）2. 最最大大反反向向工工作作电电压压 UR： 二二极极管管上上允允许许的的最最大大反反向向电电压压 URU（BR） 3. 反反向向电电流流 IR：击击穿穿前前的的反反向向电电流流： IRIS4. 最最 高高 工工 作作 频频 率率 fm:最最 高高 允允 许许 工工 作作 频频 率率fm 与与 CJCT CD有有 关关 C

38、J 对对 PN 结结 的的 旁旁 路路 作作 用用 ， 使使 单单 向向 导导 电电 性性 能能 变变 坏坏 。3. 二极管的主要参数二极管的主要参数第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性4. 二极管的等效电路及应用二极管的等效电路及应用 二极管特性曲线的非线性，给二极管电路的分二极管特性曲线的非线性，给二极管电路的分析带来一定困难。为了简化分析，常常要做一析带来一定困难。为了简化分析，常常要做一些近似处理，可用某些线性电路元件来等效二些近似处理，可用某些线性电路元件来等效二极管，画出二极管的等效电路。极管，画出二极管的等效电路。最常用的近似方法有二种。最常用的近似方法有二种。

39、第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 理想二极管等效电路理想二极管等效电路uDiDoDK理想二极管等效电路理想二极管等效电路如果二极管导通时的正向压降远远小于和它串联的电压，二如果二极管导通时的正向压降远远小于和它串联的电压，二极管截止时的反向电流远远小于与之并联的电流，则可以忽极管截止时的反向电流远远小于与之并联的电流，则可以忽略二极管的正向压降和反向电流，把二极管理想化为一个开略二极管的正向压降和反向电流，把二极管理想化为一个开关，如图所示。关，如图所示。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 考虑正向压降的等效电路考虑正向压降的等效电路 在二极管充分导通

40、且工作电流不是很大时，在二极管充分导通且工作电流不是很大时，二极管的正向压降二极管的正向压降UD变化不大（例如硅管约变化不大（例如硅管约为为0.60.8V），因此近似认为二极管正向导），因此近似认为二极管正向导通时有一个固定的管压降通时有一个固定的管压降UD（硅管取（硅管取0.7V，锗管取锗管取0.2V），于是可用一固定电压源来等），于是可用一固定电压源来等效正向导通的二极管。效正向导通的二极管。 当外加电压当外加电压U0时，二极管时，二极管Dl、D3导通，相当于开关闭合；导通，相当于开关闭合；D2、D4截止，相当于开关断开，如图截止，相当于开关断开，如图 (b)所示。因此输出电所示。因此输出

41、电压压uO = u。uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2 D1D3ioAB（b）+-第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 当当u 0且且uUR+UD时，时，二极管二极管D导通，开关闭合，输出电压导通，开关闭合，输出电压UO = UR十十UD。 当当uUR+UD时，二极管时，二极管D截止，开关断开，输出截止，开关断开，输出电压电压uO=u。（b）第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 画出画出uO的波形。电路将输出电压限制在的波形。电路将输出电压限制在UR+UD以以下，可以采用理想二极管等效电路来进行分析，下，可以采用理想二极

42、管等效电路来进行分析，那么那么uO的波形将近似在的波形将近似在UR电压以上削顶。电压以上削顶。（b）t （c）第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性4. 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管亦称齐纳二极管，与一般二稳压二极管亦称齐纳二极管，与一般二极管不同之处是它正常工作在极管不同之处是它正常工作在PN结的结的反向击穿区。因其具有稳定电压作用，反向击穿区。因其具有稳定电压作用，故称为稳压管。故称为稳压管。 稳压管的符号和特性曲线如图所示。稳压管的符号和特性曲线如图所示。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 它的伏安特性与二极管基本相同，只是稳压管正常它的伏安特性与二极管基本相同，只是稳压管正常工作时是利用特性曲线的反向击穿区。工作时是利用特性曲线的反向击穿区。 电流改变而电压基本不变的特性称为稳压特性，稳电流改变而电压基本不变的特性称为稳压特性，稳压管就是利用这一特性工作的。压管就是利用这一特性工作的。UIOUZIZ UZ IZIZM（b）阴极阴极阳极阳极（a）第六章第六章 半导体器件的基本特