二极管电路 二极管及其基本电路_电子/电路_工程科技_专业资料

第三章二极管及其基本电路基本要求： 1 了解半导体器件内部物理过程； 2 理解二极管工作原理、主要参数、使 用方法； 3 掌握二极管外特性、二极管基本应用 电路及其分析方法。第三章§3.1 §3.2 §3.3 §3.4二极管及其基本电路半导体的基本知识 PN结的形成及特性 二极管 二极管的基本电路及其分析方法§3.5特殊二极管§3.1半导体基本知识?半导体器件特点： 体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、 功率转换效率高。3.1.1 半导体材料：（Semiconductor materials)10-3 导体如金属等10+9半导体绝缘体如橡皮、塑料等ρ(Ω-cm )典型半导体：硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs等半导体的导电特性：热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强。 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻) 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。 (可做成各种光敏元件二极管电路，如光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变。 (可做成各种不同用途的半导体器件， 如二极管、三极管和晶闸管等）。3.1.2半导体的共价键结构 Si1、Si、Ge的原子结构价电子： 最外层上的电子，决定了 物质的化学特性和导电性； Ge 惯性核 简化模型锗原子硅原子§3.1 3.1.2半导体基本知识 半导体的共价键结构2、共价键共价键+4+4表示 惯性核+4共用电子对+4+4硅和锗的晶体结构3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。

价电子 Si SiSi 共价健 晶体中原子的排列方式Si硅单晶中的共价健结构共价键中的两个电子，称为价电子。自由电子本征半导体的导电机理SiSiSiSi价电子在获得一定能量 （温度升高或受光照）后， 即可挣脱原子核的束缚， 成为自由电子（带负电）， 同时共价键中留下一个空 位，称为空穴（带正电）。空穴这一现象称为本征激发。 温度愈高，晶体中产 价电子 生的自由电子便愈多。 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子 来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当 于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现 两部分电流： 1）自由电子作定向运动 ?电子电流 2）价电子递补空穴 ?空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合 在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。注意： 1. 本征半导体中载流子数目极少，其导电性能很差； 2. 温度愈高， 载流子的数目愈多，半导体的导电性能 也就愈好。所以二极管电路，温度对半导体器件性能影响很大。§3.1 3.1.4半导体基本知识 杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。

掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷） P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）3.1.4 杂质半导体硅原子多余电子1. N型半导体硅(锗) +磷? N型半导体Si Si 五价杂质原子只有四个 价电子能与周围四个半导体 原子中的价电子形成共价键 P 多余的一个价电子因 Si 无共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。3.1.4 杂质半导体 2.P型半导体硅(锗) +硼? P型半导体 三价杂质原子在与 硅原子形成共价键 因缺少一个价电子而在 共价键中留下一个空穴。空穴Si BSiSi在P型半导体中空穴是 多数载流子，它主要由掺杂 形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂 质 因而也称为受主杂质。§3.1半导体基本知识3.1.4 杂质半导体 杂质半导体的示意表示法 P型半导体－ － － － － －－ － － － － － － － － － － － － － － － － －N型半导体+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +§3.2 3.2.1PN结的形成及特性 载流子的漂移与扩散?漂移运动：由于电场作用而导致载流子的运动 空穴的移动方向与电场方向相同 电子的移动方向与电场方向相反 ?扩散运动：载流子由高浓度区域向低浓度区 域移动的现象3.2.2PN结的形成漂移运动P型半导体 － － － － － － － － － － － － 内电场EN型半导体+ + + + + + + + + + + +－ － － － － － － － － － － －+ + + + + ++ + + + + +扩散运动§3.2PN结的形成及其特性漂移运动P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。