晶体二极管课件

概

述

在现代电子设备中，广泛地使用晶体二极管、晶体三极管和场效应管。他们都是半导体器件，集成电路中的元、器件也是由半导体材料制成。本书首先讨论半导体物理基础知识。本章重点是讨论二极管的基本特性。

(a)晶体二极管内部结构示意图(b)电路符号

第一章晶体二极管1－1半导体物理基础知识

导体为容易传导电流的物质，如银、铜、铝等金属。绝缘体为几乎不传导电流的物质，如橡胶、陶瓷、塑料……等。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。

1-1-1本征半导体

（1）、本征半导体硅和锗原子的简化模型将硅和锗提纯后制成晶体，其相邻原子之间靠共价键结合，整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶。硅和锗的单晶称为本征半导体，它是制造半导体器件的基本材料。

硅和锗晶体共价键结构示意图

（3）、热平衡载流子浓度

当温度一定时，上述本征激发和复合在某一热平衡载流子浓度值ni（单位体积内的载流子数）上达到动态平衡。其值随温度升高而迅速增大，在室温附近，温度每升高8℃时，硅的ni增加一倍、温度每升高12℃时，锗的

ni增加一倍，近似计算时认为温度每升高10℃时ni增大一倍。利用这种特性，本征半导体可以制成热敏元件。另外，光照增强时

ni也增大，导电能力增强，利用这种特性，本征半导体可以制成光敏元件。

1-1-2杂质半导体（1）N型半导体在本征半导体中，掺入少量的五价元素杂质(磷、锑或砷等)则可使晶体中的自由电子浓度大大增加，把这种半导体称为N型半导体。自由电子称为多数载流子，简称为多子；空穴称为少数载流子，简称为少子。

（2）、P型半导体

在本征半导体中，掺入少量的三价元素杂质(硼、镓、锢或铝等)则可使晶体中的空穴浓度大大增加，把这种半导体称为P型半导体。

空穴称为多数载流子，简称为多子；自由电子称为少数载流子，简称为少子。1-1-3漂移和扩散（1）、在电场作用下，载流子将在热骚动状态下产生定向运动，称为漂移运动。 如形成回路，该运动产生的电流称为，漂移电流。（2）、扩散运动 由浓度差引起载流子的定向运动。1-2PN结

PN结的制造方法是在一块P(或N)型半导体中，用杂质补偿方法将其中的一半掺入五价(或三价)杂质转换成N(或P)型，另一半仍为P(或N)型，这种制造方法能够保持半导体内部晶格结构的连续性。

1-2-1动态平衡下的PN结边界浓度差，产生多子扩散运动两边的多子边扩散边复合，空间电荷区出现，产生内建电场。电场使少子产生漂移运动，抑制了多子的扩散运动多子扩散减弱，少子漂移增强，最终达到动态平衡1-2-2PN结的伏安特性

（1）外加正向电压

在PN结的P区接直流电源V正极，N区接V负极，为加正向电压(又称为正向偏置，简称为正偏)。内电场E减弱，阻挡层宽度减小，利于多子扩散，正向电流I随外加电压的增加急速上升，PN结呈现为一个很小的电阻。

（2）外加反向电压

在PN结的P区接直流电源V负极，N区接V正极，为加反向电压(又称为反向偏置，简称为反偏)，

PN结反偏时，内电场E增强，阻挡层宽度增大，只利于少子漂移。由于少子为本征激发产生，几乎与外加电压V无关，在一定温度下其数量是一定的，反向电流不随外加电压V变化，称为反向饱和电流，用IS表示。在外加反向电压时，PN结呈现为一个很大的电阻。（3）伏安特性

PN结的理想伏安特性方程为

式中：q=1.61019库仑，为电子的电荷量；k=1.381023焦尔/K，为玻尔兹曼常数；T~为绝对温度；VT=kT/q为热电压，在室温(T300K或27℃)附近

VT0.026V=26mV

1-2-3PN结的击穿特性 雪崩