2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体基础知识

半导体基础知识

杂质半导体---N型半导体和P型半导体SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键掺入微量的五价元素：磷P(或锑)(1)N型半导体:多数载流子为电子，少数载流子为空穴。在室温下就可以激发成自由电子半导体基础知识杂质半导体---N型半导体和P型半导体掺入微量的三价元素：硼B(或铝)(2)P型半导体:半导体基础知识SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键受主原子空位吸引邻近原子的价电子填充。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。半导体基础知识综上所述：无论N型还是P型半导体，对外都呈电中性。注意：(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。其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。(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P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，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。半导体基础知识1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba练习题：基本结构和类型半导体二极管金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b)面接触型阴极阳极

VD按材料分：硅(Si)管和锗(Ge)管；按工艺分：点接触型和面接触型；符号：(Diode)阳极阴极管壳按用途分：整流管、稳压管、开关管等。PN型号：2AP15二极管C:N型Si材料极性A:N型GeB:P型GeD:P型Si类型P:普通管Z:整流管K:开关管W:稳压管序号例如2CZ10,2CW18等。二极管的伏安特性半导体二极管反向击穿电压UBR导通管压降UDUI死区电压UthPN+–PN–+另外,伏安特性与温度T有关，当T↑时,UT↓,UB↓,IR↑。iD

=0UT=0.5V(硅管)0.1V(锗管)U

UthiD急剧上升0U

Uth

UD=0.7V(硅管)0.3V(锗管)︱U︱<︱UBR︱

iD=IS

(反向饱和电流)︱U︱>︱UBR︱反向电流急剧增大二极管被反向击穿正向特性：反向特性：半导体二极管二极管具有单向导电特性(1)二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）大于死区电压时，二极管处于导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。

导通时管压降：硅0.7V；锗0.3V(2)二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。当反向电压大于反向击穿电压时，二极管被击穿，失去单向导电性。

问题：如何判断二极管的好坏及其正负极性？二极管的应用半导体二极管UD(2)恒压降模型UI

OUI

O(1)理想模型分析方法：将二极管断开，分析二极管阴、阳极电位。a）理想二极管：若V阳>V阴（正向偏置），二极管导通，相当于开关闭合；若V阳<V阴（反向偏置），二极管截止，相当于开关断开。b）普通二极管：（以硅管为例，正向导通电压取0.7V）若V阳-V阴>0.7V，二极管导通，导通后正向压降UD=0.7V；若V阳-V阴<0.7V，二极管截止，反向电流iD=0，相当于开关断开。判断二极管是导通还是截止？并计算电压UAB(

二极管正向压降忽略不计)。忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V例：取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V阳=－6V，V阴

=－12V

∵V阳>V阴，∴二极管导通。若不是理想二极管，则二极管为Ge管时,UAB为－6.3Ｖ；二极管为Si管时,UAB为－6.7V。解：D6V12V3kBAUAB+–(a)两个二极管的阴极接在一起(即共阴极)，此时阳极与阴极电位差大者，优先导通。(b)在这里，D2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–解：∴D2优先导通电压UAB

=0V设B点为电位参考点，则电位V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=－12V阳极与阴极的电位差UD1=6V，UD2=12VD2导通后,V1阴=0V,

D1承受反向电压，∴

D1截止。二极管共阴极接法，阳极电位高的优先导通；二极管共阳极接法，阴极电位低的优先导通。ui>8V时，二极管导通，D可看作短路uo=8Vui<8V时，二极管截止，D可看作开路uo=ui已知：二极