基本电路模拟电路二极管-半导体基础知识

第三章半导体二极管及其基本电路模拟电路§3.1

半导体基础知识§3.2

PN结的形成及特性§3.3半导体二极管§3.4二极管基本电路及其分析§3.5特殊二极管半导体二极管及其基本电路§3.1半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体导体：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，如橡胶、陶瓷、塑料和石英。导体、半导体和绝缘体导体：最外层电子不多。绝缘体：最外层电子8个。半导体：物质的导电特性处于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物。半导体：硅和锗的原子结构

GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，半导体中没有可运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子。1.绝对0度（T=0K）和没有外界激发2.常温

一.本征半导体本征半导体的定义1.在绝对0度（T=0K）和没有外界激发2.在常温本征半导体在室温下，由于热激发，使一些价电子获得足够能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子。这些自由电子在晶体内运动。这种现象称为本征激发。

一.本征半导体本征激发产生了什么？本征激发产生自由电子和空穴。

在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子本征半导体的本征激发空穴的移动？+4+4+4+4当价电子走后，共价键上出现了空穴，在外加电场或其它能源的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体的导电能力取决于什么？本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。

2.空穴移动产生的电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征激发

复合最后达到动态平衡产生了数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。给本征半导体外加电场，会有什么现象？本征激发产生了什么？半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。温度越高，载流子的浓度越高,本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。二.杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。1、P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼。1、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。P型半导体中的载流子是什么？+4+4+5+4多余电子磷原子2、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素，如磷。2、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素，磷。磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子。这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？1）、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。（掺杂）2）、本征半导体中成对产生的电子和空穴。(本征激发）掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，N型半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。（两种）3、杂质半导体的示意表示法P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。

本征半导体§3.1有关概念

载流子

杂质半导体P型半导体、N型半导体

多数载流子、少数载流子§3.2PN结的形成及特性一.PN结的形成什么是PN结？在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。P型半导体N型半导体P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

因浓度差形成多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成内电场↗内电场促使少子漂移↘↘内电场阻止多子扩散↗→达到动态平衡281、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3、P

区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:

二.PN结的正偏与反偏

PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。－－－－++++RE1、PN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。2、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。REPN结，§3.2有关概念

PN结反偏

PN结正偏又可称作什么？§3.3

半导体二极管1、定义PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PN二极管的电路符号：UI死区电压导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR2、二极管伏安特性（V-I特性曲线)PN+v-i二极管伏安特性管子的正向电阻小死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。二极管伏安特性式中Is饱和电流;UT=kT/q温度的电压当量

k波尔兹曼常数；T=300k（室温）时UT=26mv3.二极管的电流方程由半导体物理可推出：当加反向电压时：当加正向电压时：(u>>UT)PN结两端的电压与流过PN结电流的关系式(u<<UT)4、二极管的反向击穿反向击穿PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现象雪崩击穿当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样，使反向电流激增。齐纳击穿当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。击穿是可逆。掺杂浓度小的二极管容易发生击穿是可逆。掺杂浓度大的二极管容易发生不可逆击穿—热击穿PN结的电流或电压较大，使PN结温度过高，导致PN结过热而烧毁小结、二极管的反向特性5、二极管的电容效应二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容CB

：势垒区