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电子器件及电路天津理工大学海运学院2013.4一、半导体、PN结的概念1.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，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）。 Si Si价电子 Si Si本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。共价健晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si自由电子本征半导体的导电机理 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）。这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。价电子 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，温度对半导体器件性能影响很大。 Si Si Si Sip+N型半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。在常温下即可变为自由电子掺入五价元素 掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。多余电子动画 在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。磷原子失去一个电子变为正离子 Si Si SiB– SiP 型半导体掺入三价元素空穴 掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。硼原子 在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。接受一个电子变为负离子无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。内电场－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++－－+++－－++－－++－－2. PN结的单向导电性 内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。PN结的形成空间电荷区也称 PN 结 少子的漂移运动P 型半导体N 型半导体 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。动画浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区 扩散的结果使空间电荷区变宽。－+－－－－－+++++－+－－－－－++++++－－－－－－+++++内电场NP–+外电场PN结的单向导电性 P接正、N接负 1. PN 结加正向电压（正向偏置）PN 结变窄动画 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。IF PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。－－－++－－－++++－－－++－－－++++－－－+++－－－+++内电场PN–+外电场2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正 动画－－+－++－－－+++－－+－++－－－－－++++－++－－－+++PN内电场–+外电场2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正 PN 结变宽动画 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。二、二极管的基本特性1.二极管的构成与伏安特性(b)面接触型(a) 点接触型 结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。 结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。阳极引线二氧化硅保护层金属触丝型锗片N阳极引线阴极引线型硅PN型硅外壳阴极引线( a ) 点接触型( c ) 平面型铝合金小球阳极引线结PNN型硅金锑合金D阳极阴极底座阴极引线( b ) 面接触型( d ) 符号二极管的结构示意图半导体二极管的结构和符号 I–+NPU–+NP正向特性伏安特性特点：非线性反向击穿电压U(BR)硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V导通压降 反向电流在一定电压范围内保持常数。硅管0.5V,锗管0.1V。死