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1、第2章 半導(dǎo)體二極管,2.1 半導(dǎo)體的基本知識 2.2 PN結(jié)的形成及特性 2.3 半導(dǎo)體二極管 2.4 二極管基本電路及其分析方法 2.5 特殊二極管,本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體,有關(guān)半導(dǎo)體的基本概念,自由電子、空穴,N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體,多數(shù)載流子、少數(shù)載流子,施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì),1.本征半導(dǎo)體,本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。,2.1 半導(dǎo)體的基本知識,硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu),共價鍵共 用電子對,+4表示除去價電子后的原子,共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電

2、子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。,形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。,2.雜質(zhì)半導(dǎo),在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。（主要載流子為電子、電子半導(dǎo)體） P型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。（主要載流子為空穴、空穴半導(dǎo)體）,N型半導(dǎo)體,因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，

3、而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。,在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。,提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。,N型半導(dǎo)體,多余電子,磷原子,硅原子,Si,P,Si,Si,2. P型半導(dǎo)體,因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。,在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。,空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。,空穴,P型半導(dǎo)體,硼原子,硅原子,空穴被認為

4、帶一個單位的正電荷，并且可以移動,雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法,1. PN 結(jié)的形成,在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散和漂移，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。,2.2 PN結(jié)的形成及特性,P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,空間電荷區(qū),PN結(jié)處載流子的運動,PN結(jié)處載流子的運動,內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。,PN結(jié)處載流子的運動,因此擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,PN結(jié)正向偏置,內(nèi)電場減弱，使擴散加強， 擴散飄移，正向電流大,P,N,+,_,PN

5、結(jié)反向偏置,N,P,+,_,內(nèi)電場加強，使擴散停止， 有少量飄移，反向電流很小,反向飽和電流 很小，A級,2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加上正向電壓或正向偏置的意思都是： P區(qū)加正、N區(qū)加負電壓。 PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通,PN結(jié)加上反向電壓或反向偏置的意思都是： P區(qū)加負、N區(qū)加正電壓。 PN結(jié)加反向電壓截止,2.2.3 半導(dǎo)體二極管,1. 基本結(jié)構(gòu),PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。,2. 伏安特性,導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7V,鍺管0.20.3V。,反向擊穿電壓U(BR),1). 理想模型,2. 恒壓降模型,3). 折線模型,3. 二極管常用模型,4). 小信號模型,二極管工作在

6、正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。,即,根據(jù),得Q點處的微變電導(dǎo),則,常溫下（T=300K）,4. 二極管的參數(shù),5. 二極管實物圖片,例1. 二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為0 ，正向壓降為。,二極管半波整流,例開關(guān)電路,電路如圖所示，求AO的電壓值,解：,先斷開D，以O(shè)為基準電位，既O點為0V。,則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。,陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)ā?導(dǎo)通后，D的壓降等于零，即A點的電位就是D陽極的電位。,所以，AO的電壓值為-6V。,2.5 特殊體二極管,2.5.1 穩(wěn)壓二極管,2.5.2 變?nèi)荻O管,2.5.3 光電子器件,1. 光電二極管,2. 發(fā)光二極管,3. 激光二極管,穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài),當工作電流IZ在Izmax和 Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數(shù),正向同二極管,工作電流,穩(wěn)定電壓,穩(wěn)壓二極管,(1) 穩(wěn)定電壓VZ,(2) 動態(tài)電阻rZ,在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。,rZ =VZ /IZ,(3)最大耗散功率 PZM,(4)最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin,(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ,穩(wěn)壓二極管主要參數(shù),穩(wěn)壓電路,正常穩(wěn)壓時 VO =VZ,# 穩(wěn)壓條