半导体基础与常用器件.ppt

6. PN结的反向击穿问题 PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿。 反向击穿发生在空间电荷区。击穿的原因主要有两种： 当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强 电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞 出来，产生电子空穴对，新产生的载流子又会在电场中获得 足够能量，再去碰撞其它价电子产生新的电子空穴对，如此 连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。 雪崩击穿属于碰撞式击穿，其电场较强，外加反向电压相 对较高。通常出现雪崩击穿的电压均在7V以上。 (1)雪崩击穿 当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生雪崩击穿。 (2)齐纳击穿 PN结非常薄时，即使阻挡层两端加的反向电压不大，也 会产生一个比较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中 性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子— 空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击 穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，一般均小于5V。 雪崩击穿是一种碰撞的击穿，齐纳击穿是一种场效应击 穿，二者均属于电击穿。电击穿过程通常可逆：只要迅速 把PN结两端的反向电压降低，PN结就可恢复到原来状态。 利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特 点，人们制造出工作在反向击穿区的稳压管。 若PN结两端加的反向电压过高，反向电流将急剧增长， 造成PN结上热量的不断积累，从而引起结温持续升高，当 这个温度超过PN结的最大允许结温时，PN结就会发生热击 穿，热击穿将使PN结永久损坏。 热击穿的过程是不可逆的，应当尽量避免发生。 (3)热击穿 能否说出PN结有何特性？半导体的导电机理与金属导体有何不同？ 什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的 ？ 试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏 ？ 空间电荷区的电阻率为什么很 高？ 1.2 半导体二极管 把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一 个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基 本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、 稳压管和整流管等。 硅高频检波管 开关管 稳压管 整流管 发光二极管 电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。 1. 二极管的基本结构和类型 点接触型：结面积小，适用于 高频检波、脉冲电路及计算机 中的开关元件。 外壳 触丝 N型锗片 正极引线 负极引线 N型锗 面接触型：结面积大，适用于 低频整流器件。 负极引线 底座 金锑合金 PN结 铝合金小球 正极引线 普通二极管 图符号 稳压二极管 图符号 发光二极管 图符号 D DZ D 使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。 2. 二极管的伏安特性 U(V) 0.5 0 0.8 -50 -25 I (mA) 20 40 60 (?A) 40 20 二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。 二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区： 外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场 大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。 死区 正向 导通区 反向 截止区 当外加正向电压很低时，由于外电场还 不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运 动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。 这一区域称之为死区。 外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。 反向 击穿区 反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。 正向导通区和反向截止区的讨论 U(V) 0.5 0 0.8 -50 -25 I (mA) 20 40 60 (?A) 40 20 死区 正向 导通区 反向 截止区 反向 击穿区 当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。 硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。 在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过