模電二極管及其基本電路

1、電子技術(shù)基礎(chǔ) A（模擬部分）2 / 105半導(dǎo)體基本知識(shí)半導(dǎo)體基本知識(shí)3.1PN結(jié)形成及特性結(jié)形成及特性3.2半導(dǎo)體二極管特性半導(dǎo)體二極管特性3.3二極管電路分析方法二極管電路分析方法3.4特殊二極管特殊二極管3.53 / 1053.1.1. 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料3.1.2. 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)3.1.3. 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用3.1.4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體4 / 1053.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的

2、物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。5 / 1053.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化

3、。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。6 / 1053.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。現(xiàn)代電子學(xué)中，用得最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它現(xiàn)代電子學(xué)中，用得最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。GeSi7 / 1053.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺晶體中，原子按四角

4、形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體體3D結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：8 / 1053.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子9 / 1053.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，

5、稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束束縛電子縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電自由電子子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，故本征半導(dǎo)，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，故本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+410 / 105在絕對(duì)在絕對(duì)0 度度（T = 0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子價(jià)電

6、子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電能力為），它的導(dǎo)電能力為 0，相，相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)于絕緣體。3.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同時(shí)共，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。1. 載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴11 / 1053.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)

7、電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用1. 載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子+4+4+4+412 / 105+4+4+4+43.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用2. 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。穴是載流子。 本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體

8、中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。13 / 1053.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用2. 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理溫度越高，載流子濃度越高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)溫度越高，載流子濃度越高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。要外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移

9、動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。14 / 105在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。的某種載流子濃度大大增加。3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為稱為“空穴半導(dǎo)體空穴半導(dǎo)體”。N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為也稱為“電子半導(dǎo)體電子半導(dǎo)體”。15 / 10

10、53.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1. N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中，摻入少量五價(jià)元素磷或銻，晶在硅或鍺晶體中，摻入少量五價(jià)元素磷或銻，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必多出一個(gè)電子，該電子幾乎不受子形成共價(jià)鍵，必多出一個(gè)電子，該電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為一

11、個(gè)電子，稱為施主原子施主原子。16 / 1053.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1. N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子A.A.由施主原子提供電子，由施主原子提供電子，濃度與施主原子相同濃度與施主原子相同B.B.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。生的電子和空穴。摻雜濃度摻雜濃度本征半導(dǎo)體中載流子濃度，故自由電本征半導(dǎo)體中載流子濃度，故自由電子濃度子濃度空穴濃度。自由電子稱空穴濃度。自由電子稱多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多多子子），空穴稱），空穴稱少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。N-SC多子、少子是？多子、少子是？+4+4+5+417 / 1053.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)

12、體雜質(zhì)半導(dǎo)體2. P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量三價(jià)元素，如硼或銦，在硅或鍺晶體中摻入少量三價(jià)元素，如硼或銦，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。該空穴可能吸引束縛電共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。該空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，故稱子。由于硼原子接受電子，故稱受主原子受主原子。18 / 1053.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體2.

13、 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體空穴空穴硼原子硼原子A.A.由受主原子提供空穴，由受主原子提供空穴，濃度與受主原子相同濃度與受主原子相同B.B.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。生的電子和空穴。摻雜濃度摻雜濃度本征半導(dǎo)體中載流子濃度，故空穴濃本征半導(dǎo)體中載流子濃度，故空穴濃度度自由電子濃度?？昭ǚQ自由電子濃度?？昭ǚQ多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子），），自由電子稱自由電子稱少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。P-SC多子、少子是？多子、少子是？+4+4+3+419 / 1053.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能

14、形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子多子。近似認(rèn)為。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。多子與雜質(zhì)濃度相等。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體20 / 1053.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成3.2.3 PN結(jié)結(jié)的單向?qū)щ娦缘膯蜗驅(qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)21 / 105 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散1. 漂移漂移 由于熱能激發(fā)，半導(dǎo)體（由于熱能激發(fā)，半導(dǎo)體（SC）內(nèi)的載

15、流子將做隨）內(nèi)的載流子將做隨機(jī)的無定向運(yùn)動(dòng)，但任意方向的平均速度為機(jī)的無定向運(yùn)動(dòng)，但任意方向的平均速度為0，故無，故無電流存在。電流存在。 當(dāng)當(dāng)SC外加電場(chǎng)，電子則逆電場(chǎng)移動(dòng)，空穴則順電外加電場(chǎng)，電子則逆電場(chǎng)移動(dòng)，空穴則順電場(chǎng)移動(dòng)，形成電流。場(chǎng)移動(dòng)，形成電流。 電場(chǎng)作用下導(dǎo)致載流子運(yùn)動(dòng)稱為電場(chǎng)作用下導(dǎo)致載流子運(yùn)動(dòng)稱為“漂移漂移” 。 Si 材料中，電子運(yùn)動(dòng)的速度約為空穴運(yùn)動(dòng)速度的材料中，電子運(yùn)動(dòng)的速度約為空穴運(yùn)動(dòng)速度的3倍，倍，電子導(dǎo)電器件優(yōu)于空穴導(dǎo)電器件電子導(dǎo)電器件優(yōu)于空穴導(dǎo)電器件。22 / 105 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散2. 擴(kuò)散擴(kuò)散 基于載流子濃度差異和隨機(jī)熱運(yùn)

16、動(dòng)的速度，載流基于載流子濃度差異和隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的速度，載流子由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)，稱為子由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)，稱為“擴(kuò)散擴(kuò)散”，從而形成擴(kuò)散電流。若無外來超量載流子的注入或從而形成擴(kuò)散電流。若無外來超量載流子的注入或電場(chǎng)的作用，載流子濃度最終趨于均勻直至擴(kuò)散電電場(chǎng)的作用，載流子濃度最終趨于均勻直至擴(kuò)散電流為流為0。23 / 105 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和 N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了界面處就形成了PN 結(jié)。結(jié)。24 /

17、 105 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。使空間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。25 / 105 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散擴(kuò)散和和漂移漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡

18、，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變兩個(gè)區(qū)之間沒電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變26 / 105 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV027 / 105 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成1.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子?？臻g電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙 P 中的空穴、中的空穴、N 區(qū)區(qū)中中的電子（的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）3.3.P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N 區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少子都是少子），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電

19、流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意注意: :28 / 1050. 偏置的概念偏置的概念 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N 結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 區(qū)區(qū)加正、加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。PN 結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P 區(qū)區(qū)加負(fù)、加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。29 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置RE內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變薄內(nèi)電場(chǎng)被削弱，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)多子的擴(kuò)散加強(qiáng)并能夠形成較大

20、并能夠形成較大的擴(kuò)散電流。的擴(kuò)散電流。30 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置PN結(jié)正偏時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)正偏時(shí)的導(dǎo)電情況 低電阻低電阻 大的正向擴(kuò)散電流大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)的正偏伏安特性結(jié)的正偏伏安特性iD/mAUD/VO1.00.50.5 1.031 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 變厚變厚內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形但少子數(shù)量有限，只能形成較小反向電流。成較小反向電流。R

21、E32 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 高電阻高電阻 很小的反向漂移電流很小的反向漂移電流PN結(jié)反偏時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)反偏時(shí)的導(dǎo)電情況iD/mAUD/VO1.00.50.5 1.01.0DSiI 33 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 高電阻高電阻 很小的反向漂移電流很小的反向漂移電流PN結(jié)反偏時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)反偏時(shí)的導(dǎo)電情況iD/mAUD/VO1.00.50.5 1.01.0DSiI 在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度為一定，故少子

22、形成的漂移電流是恒定的，基本為一定，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，此電流也稱上與所加反向電壓的大小無關(guān)，此電流也稱反向反向飽和電流飽和電流。34 / 105 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)正、反向偏置總結(jié)結(jié)正、反向偏置總結(jié)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向向擴(kuò)散擴(kuò)散電流；電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向向漂移漂移電流。電流。由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?5 / 105 3.2

23、.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)結(jié)V- I 特性表達(dá)式特性表達(dá)式其中：其中：DT/DS(1)vViIeIS ：反向飽和電流：反向飽和電流VT ：溫度的電壓當(dāng)量：溫度的電壓當(dāng)量在常溫下（在常溫下（T=300K）T0.026V=26 mVkTVqiD/mAvD/VO1.00.50.5 1.01.0DSiI 36 / 105 3.2.4 PN 結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定結(jié)的反向電壓增加到一定值時(shí)，反向電流突然快增，此現(xiàn)象值時(shí)，反向電流突然快增，此現(xiàn)象稱稱 PN 結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿。熱擊穿熱擊穿 不可逆不可逆雪崩擊穿雪崩擊穿齊納擊穿齊納擊穿

24、電擊穿電擊穿可逆可逆iD/mAUD/VO1.00.50.5 1.0BRV37 / 105 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB形成機(jī)理：形成機(jī)理：勢(shì)壘區(qū)指積累空間電荷區(qū)域，當(dāng)電壓變化勢(shì)壘區(qū)指積累空間電荷區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷變化（厚薄時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷變化（厚薄等）等） ，此所表現(xiàn)出的電容是，此所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。勢(shì)壘電容示意圖勢(shì)壘電容示意圖PNE-+PN“介質(zhì)介質(zhì)”“導(dǎo)體導(dǎo)體”“導(dǎo)體導(dǎo)體”可做變?nèi)荻O管！可做變?nèi)荻O管！38 / 105 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C

25、D 為形成正向電流（擴(kuò)散為形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入電流），注入 P 區(qū)的少子區(qū)的少子/ /電子在電子在 P 區(qū)有濃度差，區(qū)有濃度差，越近越近PN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電子積累。同理，區(qū)有電子積累。同理，在在 N 區(qū)有空穴積累。正向區(qū)有空穴積累。正向電流大則積累電荷多。這電流大則積累電荷多。這樣產(chǎn)生的電容即擴(kuò)散為樣產(chǎn)生的電容即擴(kuò)散為CDERP N擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖xpnnp39 / 105 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)3. 等效電路等效電路勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB在正偏和反偏時(shí)均不能忽略。在正偏和反偏時(shí)均不能忽略。PN結(jié)反偏時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散

26、電容結(jié)反偏時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容CD可可忽略，總等效電容以忽略，總等效電容以勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB為主；為主；PN結(jié)正偏時(shí)，載流子數(shù)目多，擴(kuò)散電容結(jié)正偏時(shí)，載流子數(shù)目多，擴(kuò)散電容CD遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于勢(shì)勢(shì)壘電容壘電容CB，此時(shí)，此時(shí)，總等效電容以總等效電容以勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CD為主；為主；PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)電容的綜合效應(yīng)Crd40 / 1053.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)41 / 105 在在PN結(jié)上加上引線和封

27、裝，就成為一個(gè)二極管。結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三三大類。大類。3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)42 / 105 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型面型三大類。三大類。3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)43 / 1051. 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積小，結(jié)電結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢

28、波和容小，用于檢波和變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。2. 面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)面積大，結(jié)電結(jié)電容大，容大，用于工頻大用于工頻大電流整流電路。電流整流電路。金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線44 / 1053. 平面型二極管平面型二極管3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)常用于集成電路制造藝中。常用于集成電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。高頻整流和開關(guān)電路中。4. 二極管代表符號(hào)二極管

29、代表符號(hào)PN陰極陰極引線引線陽極陽極引線引線PNP P型支持襯底型支持襯底45 / 1053.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性V-I 特性曲線可表示為：特性曲線可表示為：DT/DS(1)vViIe硅二極管硅二極管2CP10的的V-I 特性特性DRDiBRV DmAiDVv201040O0.8DAi4020thV死區(qū)死區(qū)反向擊反向擊穿特性穿特性反向反向特性特性正向正向特性特性46 / 1053.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性V-I 特性曲線可表示為：特性曲線可表示為：DT/DS(1)vViIe鍺二極管鍺二極管2AP15的的V-I 特性特性DRDi DmAiDVv2010O0.8

30、DAi40206047 / 1051. 最大整流電流最大整流電流 IF3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓VRM3. 反向電流反向電流 IR4. 正向壓降正向壓降VF5. 極間電容極間電容CBCBrd48 / 1053.4.1 二極管二極管V- I 特性的建模特性的建模 3.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例49 / 1053.4.1 V- I 特性的建模特性的建模1. 理想模型理想模型2. 恒壓降模型恒壓降模型3. 折線模型折線模型 DiDvODvDiDiDvODvDiDiDvODrDvDi50 / 1053.4.1 V- I 特

31、性的建模特性的建模4. 小信號(hào)模型小信號(hào)模型 D工作在正向特性某一小范圍時(shí)，如圖：工作在正向特性某一小范圍時(shí)，如圖：DRDiDDVDv+svDiDvOQQQ51 / 1053.4.1 V- I 特性的建模特性的建模4. 小信號(hào)模型小信號(hào)模型 D工作在正向特性某一小范圍時(shí)，其工作在正向特性某一小范圍時(shí)，其正向特性可等效成一個(gè)微變電阻，即：正向特性可等效成一個(gè)微變電阻，即：DDdivrDT/DS(1)vViI e根據(jù)根據(jù)，得，得Q點(diǎn)微變：點(diǎn)微變：D/SDDdQQDTvVTTIdiIgedvVVddTD1rgVI則則常溫下（常溫下（T=300K）TdDD26(mV)(mA)VrII電導(dǎo)：電導(dǎo)：DvD

32、idrDiDvOQDiDv52 / 105 3.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1. 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析硅硅D典型值典型值V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型恒壓模型恒壓模型mA 93. 0/ )(DDDD RVVIV 7 . 0D V折線模型折線模型V 5 . 0th VmA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV硅硅D典型值典型值DRDi10kDD10VVDvDvDithVDrDDVDvDiDVDDVDvDiDDV53 / 1053.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2. 限幅電路限幅電路例例3.4.4 OvthVDrIv

33、RrefVDOvIvRrefVD(1) vI(Vth+ Vref)=3.5VOvIvRrefV(2) vI(Vth+ Vref)=3.5VOvthVDrIvRrefVDIthrefthrefDD()rRvVVVVRrRrIvtIvOv3.554 / 105 3.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2. 限幅電路限幅電路例例3.4.4 OvthVDrIvRrefVDOvIvRrefVD(1) vI(Vth+ Vref)=3.5VOvIvRrefV(2) vI(Vth+ Vref)=3.5VOvthVDrIvRrefV O/V O/V t t 斜率斜率斜率斜率0.17rDrD+RVREF+Vth=3.5 V I/V(c)(d)55 / 1053.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例3. 整流電路：整流電路：半波整流半波整流二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓= 0 .5V，正向壓降，正向壓降0.7V(硅硅D)理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓= 0V，正向壓降，正向壓降= 0V ivLRovtivtov56 / 1053.4.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例4. 脈沖電路：脈沖電路：ivLRovRRvtivRvtovt57 / 105 光電二極管 發(fā)光二極管3.5.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管3.5.2 變?nèi)荻O管變?nèi)荻?/p>