半导体二极管及其基本应用电.pptVIP

半导体二极管及其基本应用电第1页，共39页，星期日，2025年，2月5日3.1半导体基本知识半导体的导电特性：光敏性：受光照后，其导电能力大大增强；热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强；掺杂性：在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等)(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)。第2页，共39页，星期日，2025年，2月5日3.1.1本征半导体——完全纯净的、具有晶体结构的半导体。最常用的半导体是硅(Si)和锗(Ge)。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健SiSiSiSi价电子Si284Ge28184第3页，共39页，星期日，2025年，2月5日本征半导体的导电机理：SiSiSiSi价电子空穴自由电子在常温下，由于热激发(温度升高或受光照)——本征激发带负电带正电载流子自由电子空穴温度越高，晶体中产生的的自由电子越多。第4页，共39页，星期日，2025年，2月5日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(2)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很弱。注意：(1)本征半导体中存在数量相同的载流子。自由电子和空穴成对产生，又不断复合，在一定温度下，达到动态平衡。(3)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也愈好。——温度对半导体器件性能影响很大。第5页，共39页，星期日，2025年，2月5日3.1.2杂质半导体SiSiSiSip+多余电子磷原子失去一个电子变为正离子在常温下即可变为自由电子1、N型半导体在N型半导体中，自由电子是多数载流子(多子)，空穴是少数载流子(少子)。——掺入五价元素，如磷元素(又称电子半导体)P285第6页，共39页，星期日，2025年，2月5日2、P型半导体(又称空穴半导体)——掺入三价元素，如硼元素SiSiSiSi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。B–硼原子得到一个电子变为负离子空穴注意：无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。B23第7页，共39页，星期日，2025年，2月5日杂质半导体的示意表示法：++++++++++++N型半导体–––P型半导体–––––––––代表失去一个电子的五价杂质离子代表得到一个电子的三价杂质离子第8页，共39页，星期日，2025年，2月5日3.1.3PN结P型半导体––––––––––––++++++++++++N型半导体1、PN结的形成浓度差多子的扩散运动––––––––––––++++++++++++形成空间电荷区内电场少子的漂移运动空间电荷区变宽空间电荷区变窄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。空间电荷区也称PN结、耗尽层、阻挡层。第9页，共39页，星期日，2025年，2月5日2、PN结的单向导电性(1)PN结外加正向电压（正向偏置）P接正、N接负+–R––––––––––––++++++++++++PN内电场外电场变窄内电场被削弱，多子的扩散运动加强，形成较大的扩散电流。IF结论：PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。第10页，共39页，星期日，2025年，2月5日(2)PN结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正–+R––––––––––––++++++++++++PN内电场外电场变宽内电场被加强，少子的漂移运动加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR结论：PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电阻很大，反向电流很小，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。第11页，共39页，星期日，2025年，2月5日3、PN结的电流方程PN所加电压u与流过它的电流i的关系为：IS：反向饱和电流UT=kT/q