25知識資料第二章第一節(jié)半導(dǎo)體及二極管（一）

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯第2章模擬電子技術(shù)2.1半導(dǎo)體及二極管大綱要求：控制二極管和穩(wěn)壓管特性、參數(shù)了解載流子，蔓延，漂??；PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦?.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。光敏性：當(dāng)受到光照時，導(dǎo)電能力顯然變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯然改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。一．本征半導(dǎo)體圖1晶體中原子的羅列方式共價(jià)健共價(jià)健SiSiSiSi價(jià)電子圖2硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)空穴的浮上是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特點(diǎn)。顯然，自由電子和空穴是成對浮上的，所以稱它們?yōu)殡娮涌昭▽ΑiSiSiSiSi自由電子自由電子空穴空穴圖3硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時，在半導(dǎo)體中將浮上兩部分電流(1)自由電子作定向運(yùn)動——電子電流(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴——空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。注重：(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。二．雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著改變。按照摻入雜質(zhì)的化合價(jià)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型和P型兩大類。（1）N型半導(dǎo)體：在4價(jià)元素硅（或鍺）晶體中，摻入微量的5價(jià)元素磷（或砷、銻等）后，磷原子將散布于硅原子中，且替代了晶體點(diǎn)陣中某些位置上的硅原子。通常，摻雜所產(chǎn)生的自由電子濃度遠(yuǎn)大于本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子或空穴的濃度，所以雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能遠(yuǎn)超過本征半導(dǎo)體。顯然，這種半導(dǎo)體中自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度，所以稱電子為多數(shù)載流子（majoritycarrier，簡稱多子），空穴為少數(shù)載流子（minoritycarrier，簡稱少子）。因?yàn)檫@種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主要依賴電子，所以稱為Ｎ型半導(dǎo)體或電子型半導(dǎo)體。5價(jià)雜質(zhì)也稱為施主雜質(zhì)。（2）P型半導(dǎo)體在硅（或鍺）的晶體中摻入微量的3價(jià)元素硼（或鋁、銦等）后，雜質(zhì)原子也散布于硅原子中，且替代了晶體點(diǎn)陣中某些位置上的硅原子。在這種半導(dǎo)體中，空穴是多子，其數(shù)量主要摻雜的濃度決定；自由電子是少子，其濃度由熱激發(fā)決定。它的導(dǎo)電主要依賴空穴，因此稱為P型半導(dǎo)體或空穴型半導(dǎo)體。3價(jià)雜質(zhì)也稱為受主雜質(zhì)。三．半導(dǎo)體中的兩種電流（1）漂浮電流：

自由電子和空穴在電場作用下的定向運(yùn)動所形成的電流。（2）蔓延電流：同一種載流子從濃度高處向濃度低處蔓延所形成的電流稱為蔓延電流。四．PN結(jié)1．PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)（a）（b）圖4PN結(jié)的形成暗示圖P區(qū)和N區(qū)交界面處形成的區(qū)域稱為PN結(jié)。形成緣故主要有以下三個：①載流子的濃度差引起多子的蔓延；②隨著多子的蔓延N區(qū)因失去電子會形成正離子薄層，P區(qū)因失去空穴會形成負(fù)離子薄層，這種離子薄層形成一個內(nèi)電場，方向是從N區(qū)指向p區(qū)。內(nèi)電場的浮上對多子的蔓延起妨礙作用，對少子的漂浮起促進(jìn)作用。隨著蔓延和漂浮的舉行，總算會達(dá)到動態(tài)平衡，蔓延電流和漂浮電流相等，這是使交界面形成固定寬度的空間電荷區(qū)(耗盡層)。，我們稱這個空間電荷區(qū)為PN結(jié)。2．PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕杭釉赑N結(jié)上的電壓稱為偏置電壓。（1）PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）若P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位，稱PN結(jié)外接正向電壓或PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏；（a）PN結(jié)暗示圖(b)PN結(jié)加正向電壓圖5PN結(jié)正偏時的導(dǎo)電情況內(nèi)電場被削弱，多子的蔓延加強(qiáng)，形成較大的蔓延電流。PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。（2）PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）（a）PN結(jié)暗示圖(b)PN結(jié)加正向電壓圖6PN結(jié)反偏時的導(dǎo)電情況PN結(jié)外接反向電壓或PN結(jié)反向偏置，簡稱反偏。內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂浮加強(qiáng)，因?yàn)樯僮訑?shù)量很少，形成很小的反向電流。PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)論：正偏導(dǎo)通，呈小電阻，電流較大；反偏截止，電阻很大，電流近似為零。3．PN結(jié)的