1.1PN结
半导体PN结_图文
21
1.1.3 半导体载流子的运动
漂移运动：两种载流子（电子和空穴）在
电场的作用下产生的定向运动。
两种载流子运动产生的电流方向一致。
空穴
电流I
. 。 。 。
.
∙
电子
电场作用下的漂移运动
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半 导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子 因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。
按电容的定义:
即电压变化将引起电荷变化, 从而反映出电容效应。 而ＰＮ结两端加上电压, ＰＮ结内就有电荷的变
化, 说明ＰＮ结具有电容效应。 PN结具有的电容效应，由两方面的因素决定。 一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
40
1) 势垒电容CT
势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。 空间电荷区是由不能移动的正负杂质离子所形成的,均 具有一定的电荷量, 所以在ＰＮ结储存了一定的电荷, 当外 加电压使阻挡层变宽时, 电荷量增加；反之, 外加电压使阻 挡层变窄时, 电荷量减少。 即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变, 形成了电容效 应, 称为势垒电容,用 CT表示。
如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏； P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
30
在一定的温度条件下 ，由本征激发决定的少子 浓度是一定的，故少子形 成的漂移电流是恒定的， 基本上与所加反向电压的 大小无关，这个电流也称 为反向饱和电流。
PN结正向压降与温度关系的研究和应用
PN结正向压降与温度关系的研究和应用引言：PN结是半导体器件中常见的结构之一，其正向压降与温度之间的关系对于半导体器件的设计和应用具有重要意义。
本文将对PN结正向压降与温度关系的研究和应用进行探讨。
一、PN结正向压降与温度关系的研究PN结的正向压降是指在正向偏置电压下，PN结两端电势差的大小。
正向压降与温度之间的关系直接影响到PN结的工作性能和稳定性。
因此，研究正向压降与温度关系对于PN结器件的性能优化至关重要。
1.1PN结正向压降随温度的变化规律实验研究表明，PN结的正向压降随温度的增加而减小。
这是由于温度升高，PN结内部的载流子浓度增加，导致正向压降减小。
但是，在一定范围内，正向压降与温度之间存在一个非线性的关系。
当温度升高到一定程度时，由于热激发效应和载流子迁移速度的变化，正向压降开始增大。
1.2温度对PN结的载流子浓度分布的影响温度的改变会引起PN结内的载流子浓度分布的变化，从而影响其正向压降。
一般来说，温度升高会导致载流子浓度的增加，进而减小正向压降。
这是因为升高温度可以提高载流子的能量，从而使得更多的电子和空穴从价带跃迁到导带，增加了导电性能。
1.3温度对PN结的载流子迁移率的影响温度的变化还会影响PN结内载流子的迁移率，进而改变其正向压降。
一般来说，温度的升高会导致载流子的迁移率减小，从而增加了载流子在PN结内的停留时间，减小了正向压降。
二、PN结正向压降与温度关系的应用2.1温度补偿电路由于温度变化对PN结正向压降的影响，可以利用温度补偿电路来校正正向压降的变化。
温度补偿电路的原理是利用与温度成反比的电压源在PN结上产生一个与温度变化补偿相等的电压，从而实现对正向压降的补偿，保持其稳定性。
2.2温度传感器根据PN结正向压降与温度的关系，可以设计成温度传感器。
通过测量正向压降的变化，就可以推算出所测量的温度。
这种基于正向压降的温度传感器具有结构简单、成本低廉等优点，在很多领域有广泛的应用。
PN结及其单向导电性
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：
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
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。
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。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
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
pn结的形成单向导电原理 郭
pn结的形成单向导电原理一、 pn结的基本结构1.1 pn结的定义1.2 pn结的基本结构1.3 pn结的特点pn结是一种半导体器件，由n型半导体和p型半导体级联而成。
n 型半导体和p型半导体之间形成一种特殊的结构，称为pn结。
pn结既具有n型半导体的特性，又具有p型半导体的特性，其结构简单却有着重要的应用意义。
二、 pn结的形成原理2.1 能带理论2.2 pn结的形成过程2.3 pn结的内部电场2.4 pn结的内部电荷分布pn结的形成主要依靠n型半导体和p型半导体间的扩散过程和电场作用。
当n型半导体和p型半导体级联时，由于不同材料的电子亲和能不同，n型半导体的自由电子会向p型半导体扩散，而p型半导体的空穴也会向n型半导体扩散。
这种扩散过程最终导致n型半导体一侧形成负离子区，p型半导体一侧形成正离子区，从而在pn结内部形成了电场，使得pn结具有单向导电特性。
三、 pn结的单向导电特性3.1 pn结的整流特性3.2 pn结的击穿特性3.3 pn结的导通特性pn结由于结构的特殊性，具有明显的单向导电特性。
当外加正向电压时，pn结导通，电流通过；而当外加反向电压时，pn结截止，电流不通过。
这种单向导电特性使得pn结被广泛应用于整流器、稳压器、光电器件等领域。
四、 pn结的应用4.1 pn结整流器4.2 pn结稳压器4.3 pn结光电器件pn结由于其独特的结构和优良的特性，在电子领域有着广泛的应用。
pn结整流器可以将交流电转换为直流电，广泛应用于电源供电、通信设备等领域；pn结稳压器可以稳定电压，保护电子器件不受过压损坏；pn结光电器件可以将光信号转换为电信号，应用于光通信、太阳能电池等领域。
五、总结5.1 pn结的重要性和意义5.2 pn结的应用前景pn结作为一种重要的半导体器件，在现代电子领域有着重要的作用。
其单向导电特性使得其在电子器件中有着广泛的应用，尤其在整流、稳压、光电转换等方面具有重要的地位。
二极管设计方案
二极管设计方案引言概述：二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于电子电路中。
设计一个合适的二极管方案对于电路的正常运行和性能表现至关重要。
本文将从五个大点出发，详细阐述二极管设计方案的要点和注意事项。
正文内容：1. 二极管的基本原理1.1 PN结的形成和特性1.2 二极管的工作原理1.3 二极管的参数和性能指标2. 选择合适的二极管类型2.1 信号二极管和功率二极管的区别2.2 快恢复二极管和肖特基二极管的特点2.3 选择合适的二极管类型的考虑因素3. 二极管的电路应用3.1 整流电路中的二极管3.2 保护电路中的二极管3.3 放大电路中的二极管4. 二极管的参数计算和仿真4.1 正向电压降和反向击穿电压的计算4.2 反向漏电流和正向导通电流的估算4.3 二极管的热稳定性和温度特性的考虑5. 二极管的可靠性和寿命5.1 二极管的可靠性指标5.2 二极管的寿命评估方法5.3 二极管的故障分析和预防措施总结：在设计二极管方案时，需要充分了解二极管的基本原理和工作特性。
选择合适的二极管类型是关键，要考虑信号类型、功率要求以及特殊应用的需求。
在电路应用中，二极管在整流、保护和放大等方面起着重要作用。
参数计算和仿真是设计过程中必要的步骤，可以帮助确定合适的二极管参数。
此外，二极管的可靠性和寿命也需要考虑，使用寿命评估和故障分析有助于提高电路的可靠性。
综上所述，设计一个合适的二极管方案需要全面考虑二极管的特性、应用需求和可靠性等因素。
只有在充分了解和合理运用二极管的基本原理和设计要点的基础上，才能设计出性能稳定、可靠性高的电子电路。
半导体技术之-PN结基础知识
（2-69）
在正向偏置情况下，取 I I 0 eV VT，导出
dV dT
I 常数
V T
VT
1 I0
dI0 dT
dI dT
V 常数
I
1 I0
dI 0 dT
V TVT
将（2-69）式代入（2-70）和（2-71）式中，得到
dV
V
Eg0
q
dT
T
（2-72） 和
m
x
0 0
（c ）
• 单边突变结电荷分 布、电场分布、电 势分布
（a）空间电荷分布
（b）电场
（c）电势图
➢ 利用中性区电中性条件导出空间电荷区内建电势差公式:
0
n
p
VT
ln
Nd Na ni2
➢ 解Poisson方程求解PN结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度：
m 1
x xn
qNd xn2 2k 0
➢ 空间电荷区载流子通过复合中心复合的最大复合率条件：
n p ni eV 2VT
最大复合率为:
U max
ni 2 0
eV
2VT
➢ 正偏复合电流和反偏产生电流分别为：
I rec
qAniW
2 0
eV 2VT
I R eV 2VT
IG
qAU W
qni AW 2 0
由于空间电荷层的宽度随着反向偏压的增加而增加因而反向电流是不饱和的。
是稳态载流子输运满足扩散方程
1.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
理想的P-N结的基本假设及其意义 ➢ 外加电压全部降落在耗尽区上，耗尽区以外的半导体是电中性的，这意
二极管工作原理
二极管工作原理引言概述：二极管是一种常见的电子元件，具有电流只能单向流动的特性。
它在电子领域中有着广泛的应用，如整流、放大、调制等。
本文将详细阐述二极管的工作原理。
正文内容：1. 构造与特性1.1 PN结构：二极管由P型半导体和N型半导体组成，它们通过PN结相连接。
P型半导体中的杂质含有三价元素，N型半导体中的杂质含有五价元素。
PN 结的形成使得二极管具有单向导电性。
1.2 电压与电流特性：当二极管正向偏置时，即正极连接到P区，负极连接到N区，电流可以流动。
而当二极管反向偏置时，即正极连接到N区，负极连接到P 区，电流无法流动。
2. 正向工作原理2.1 压降特性：正向偏置时，PN结上的电压会引起电子从N区向P区挪移，同时空穴从P区向N区挪移。
这种挪移产生的电压降称为正向压降。
2.2 导通状态：当正向电压大于二极管的正向压降时，二极管进入导通状态，电流可以流过二极管。
此时，二极管的电阻非常小，几乎可以看做是导线。
3. 反向工作原理3.1 老化效应：反向偏置时，PN结上的电压会阻挠电子和空穴的挪移，但仍会有少量的载流子穿过结。
这种现象称为反向漏电流，其大小与二极管的质量和温度有关。
3.2 倒向压降：反向偏置时，PN结上的电压称为倒向压降。
当倒向电压超过二极管的额定值时，反向电流急剧增大，这可能会损坏二极管。
4. 二极管的应用4.1 整流：二极管的单向导电性使其适合于电流的整流，将交流电转换为直流电。
4.2 放大：二极管的非线性特性可以用于信号的放大，如调制电路中的调制作用。
4.3 开关：二极管可以用作开关，当正向偏置时，它处于导通状态，反向偏置时，它处于截止状态。
5. 总结综上所述，二极管是一种电子元件，通过PN结的单向导电性实现了电流的单向流动。
正向工作时，二极管处于导通状态，反向工作时，二极管处于截止状态。
二极管的应用包括整流、放大和开关等。
在实际应用中，需要注意二极管的正向和反向电压，以避免损坏。
LED工作原理
LED工作原理引言概述：LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有高效、长寿命、低能耗等优点，被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
本文将详细介绍LED的工作原理。
一、LED的基本结构1.1 发光层：LED的核心部份是发光层，由半导体材料构成。
当电流通过发光层时，半导体材料中的电子与空穴结合并释放能量，产生光辐射。
1.2 PN结：发光层由P型半导体和N型半导体构成，它们之间形成PN结。
P 型半导体富含正电荷，N型半导体富含负电荷。
PN结的形成使得电子和空穴在结附近集中。
1.3 电极：LED的两端分别连接有正极和负极电极。
正极电极通过P型半导体，负极电极通过N型半导体，形成电流通路。
二、LED的发光原理2.1 能带结构：半导体材料的能带结构决定了LED的发光特性。
在P型半导体中，导带和价带之间存在能隙，电子在能隙内无法存在；而在N型半导体中，导带和价带之间也存在能隙。
PN结的形成使得能隙在结附近更窄。
2.2 注入电子与空穴：当正向电压施加在LED上时，电子从N型半导体注入P 型半导体，空穴从P型半导体注入N型半导体。
电子和空穴在PN结附近复合，释放出能量，产生光子。
2.3 发光特性：LED发光的颜色与半导体材料的能带结构有关。
不同的半导体材料具有不同的能带结构，因此可以发射不同波长的光，从红光到紫光不等。
三、LED的驱动电路3.1 直流电源：LED需要直流电源供电，通常使用电池或者电源适配器提供稳定的直流电压。
3.2 电流限制：为了保护LED不受过大电流的伤害，往往在电路中加入电流限制电阻或者电流驱动芯片。
3.3 控制信号：通过控制电路中的开关元件，可以实现对LED的亮度和颜色的调节。
四、LED的应用领域4.1 照明领域：LED具有高效节能、寿命长的特点，被广泛应用于室内照明、路灯、汽车照明等领域。
4.2 显示屏领域：LED显示屏具有高亮度、高对照度、快速响应等特点，被广泛应用于室内外广告牌、电视屏幕、手机屏幕等。
半导体的基本知识PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
价电子填
补空穴而
使空穴移
动，形成
+4
+4
+4
空穴电流
+4 空穴的+移4 动 +4
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动 也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运
动是17靠相邻共价键中的价电子依次上第充1页章填空穴第下1来次页课实现的第返1。7回页
现代电子技术基础
半导体导电机理动画演示
33
上第1页章
第下1次页课
第返33回页
现代电子技术基础
(3)杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的 影响，一些典型的数据如下:
1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
2 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
3 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。
c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
d. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或 空穴型半导体。
32
上第1页章
第下1次页课
第返32回页
现代电子技术基础
当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可 将N型转为P型； 当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可 将P型转为N型。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
PN结的反向击穿
P型半导体
N型半导体
1 半导体二极管及其应用 PN结
PN结的形成
PN结的特性
正向导通
反向截止与击穿
- - - - - - + ++ +++
- - - - - - + ++ +++
PN-结-呈-现-高-阻-、+截+止+状+态+ +
- - - - - - + ++ +++
- - - - - - + ++ +++
P
N
E内
S
R
1 半导体二极管及其应用
当PN结反向偏置电压超过一定值时，反向电
流急剧增大，PN结被反向击穿。
根据反向击穿 的机理不同：
齐纳击穿 雪崩击穿
模拟电子技术
1 半导体二极管及其应用
1. 齐纳击穿 半导体的掺杂浓度高，PN结薄
条件
较低反向电压就可以使空间电 荷区中就有较强的电场
1 半导体二极管及其应用
齐纳击穿的机理：
电场将PN结的价电子从共价键中激发出来。
击穿的特点
击穿电压一般低于4V 击穿电压具有负的温度系数
击穿电压一般高于6V
击穿电压具有正的温度系数
1 半导体二极管及其应用
PN结反向击穿的机理
掺杂 浓度
PN结
击穿 电压
温度 系数
形成原因
齐纳 高 薄
< 4V 负
价电子 受激发
雪崩 低 厚
> 6V
正
少子加速 碰撞电离
电子技术优秀课件
硅管0.5~0.7V, 锗 管0.1~0.3V。
U
阻很小。 （3）二极管反向截止时 ，反向电流很小，并几乎
死区电压 硅管
不变，称反向饱和电流。
0.5V,锗管0.1V。
（4）反向电压加大到一
定程度二极管反向击穿。
－＋
D
1.2.2二极管的伏安特 性一、伏安特性
二极管的伏安特性曲线可用下式表示
R
iD
+
vD
电子技术优秀课件
1.1PN结及其单向导电性
根据物体导电能力的不同，划分为导体、绝缘体和半导 体。典型的半导体有硅Si和锗Ge等。
半导体的特点：
1）受外界光照时电导率发生很大变化——光敏性； 2）受外界热刺激时电导率发生很大变化——热敏性； 3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——掺杂性。
载流子——可以自由移动的带电粒子。
本征激发
+4
+4
磷正原离子子
++54
+4
多余价电子
自由电子
+4
+4
（2）P型半导体
在硅或锗的晶体
+4
中掺入少量的三
价元素,如硼,则
+4
形成P型半导体
。 (空穴型半导
体)
+4
本征激发
+4
+4
硼负原离子子
+43
+4
填补空位
空穴
+4
+4
结论
1.N型半导体中自由电子是多子，其中大部分是掺 杂提供的，本征半导体中受激产生的自由电子 只占少数。
。
往往用于集成电路制造 工艺中。PN 结面积可大可小 ，用于高频整流和开关电路中
二极管的工作原理
二极管的工作原理引言概述：二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于电子电路中。
它具有独特的工作原理，能够实现电流的单向导通。
本文将详细介绍二极管的工作原理，帮助读者更好地理解这一基础元件。
一、PN结的形成1.1 N型半导体和P型半导体的特点N型半导体富含自由电子，P型半导体富含空穴。
1.2 PN结的形成过程当N型半导体和P型半导体相接触时，形成PN结。
1.3 PN结的电场特性PN结中存在内建电场，阻止电子和空穴的自由扩散。
二、二极管的正向导通2.1 正向电压作用下的电子流动当二极管正向加压时，电子从N区向P区移动。
2.2 二极管的导通特性正向电压作用下，二极管导通，电流流过。
2.3 正向导通时的电压降正向导通时，二极管具有较小的正向电压降。
三、二极管的反向截止3.1 反向电压作用下的电场效应当二极管反向加压时，电场加速电子和空穴向PN结移动。
3.2 二极管的截止特性反向电压作用下，二极管截止，基本不导通电流。
3.3 反向击穿现象当反向电压过高时，二极管可能发生击穿现象，导致损坏。
四、二极管的应用4.1 整流电路中的应用二极管可以实现电流的单向导通，用于整流电路。
4.2 信号检测中的应用二极管可以用于信号检测，提取信号中的正半波或负半波。
4.3 逆变器中的应用二极管在逆变器中起到关键作用，实现直流到交流的转换。
五、二极管的改进与发展5.1 高频二极管的应用高频二极管具有更快的开关速度和更低的导通电阻，适用于高频电路。
5.2 光电二极管的应用光电二极管利用光电效应实现光电转换，广泛应用于光通信和光电传感器中。
5.3 大功率二极管的应用大功率二极管能够承受更高的电流和电压，适用于高功率电子设备。
结论：通过本文的介绍，读者可以更深入地了解二极管的工作原理及其在电子电路中的应用。
二极管作为一种基础元件，在现代电子领域中扮演着重要的角色，不断推动着电子技术的发展。
PN结的伏安特性与电容击穿
P+区
势垒区
EC
EV
反向偏压升高
P区价带顶高于 N区导带底
P区价带电子按一定几率 穿透势垒到达N区导带
形成电子空穴对
隧道效应
主要发生于高掺杂PN结中（P+N+结） 非破坏性可逆击穿
[势垒区宽度较小时]
隧道击穿电压较低 如 Si-PN 结 VB < 4.5 V 雪崩击穿电压较高 如 Si-PN 结 VB > 6.7 V
P
N
空间电荷区
内建电场
P
N
x
p
x
n
位
电
q
电子的电势能
带
能
qVD
EC
EV
EFΒιβλιοθήκη Ei带能EC
EV
EFN
Ei
EFP
1.1 PN结空间电荷区
*
非平衡PN结 处于一定偏置状态下的PN结称为非平衡PN结 当PN结两端加正向偏压VF，即P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为正向PN结。
P
N
－ ＋ － ＋ － ＋
正向PN结
＋
－
P
N
－－ ＋＋ －－ ＋＋ －－ ＋＋
反向PN结
－
＋
反之，当PN结两端加反 向偏压VR则称反向PN结。
1.2 PN结的单向导电性
*
正向电压VF 外加电场与内建电场方向相反 空间电荷区中的电场减弱 势垒区宽度变窄 势垒高度变低 qVD ↓ q(VD－VF) 破坏扩散与漂移运动间的平衡 扩散运动 强于 漂移运动 形成较大的电流， 正向偏压给PN结形成了低阻的电流通路
PN结伏安特性
*
平衡PN结：指半导体在零偏压条件下的PN结。 PN 结内温度均匀、稳定，不存在外加 电压、光照、磁场、辐射等外作用平衡 状态。
PN结——精选推荐
第一章 PN结§ 1.1 热平衡PN结1．PN结的形成和杂质分布将同种半导体材料的N型和P型两部分紧密结合在一起，在二者的交界处形成一个结，称为PN结。
例如P型硅（P–Si）和N型硅（N–Si）结合在一起形成硅半导体的PN结。
PN是很多重要半导体器件如结型晶体管、集成电路的工作核心，了解和掌握了PN结的性质具有很重要的实际意义。
为使性能优越，通常在一块N型（或P型）半导体单晶上，采用合金法、扩散法、外延生长法和离子注入法等把P型（或N型）杂质掺入其中，使这块单晶的不同区域分别具有N型和P型的带电类型，在两者的交界面处就形成了PN结。
（1）合金法及其杂质分布①制备过程下图表示用合金法制造PN结的过程。
把一小颗粒铟（In，Ⅲ族元素）放在N型锗单晶片上，加热到一定的温度，形成铟锗共熔体，然后降低温度，在降温过程中，锗便从共熔体中析出，沿着锗片的晶向再结晶。
在再结晶的锗区中，将含有大量的P型杂质铟，使该区变成P区，从而形成了PN结。
②杂质分布合金法PN结的杂质分布如图所示。
其特点是：P区中受主杂质浓度为N a，而且均匀分布；N区中施主杂质浓度为N d，也是均匀分布的。
在两种杂质的交界面处，杂质浓度由N a（P型）突变为N d（N型），具有这种杂质分布的PN结称为突变结。
设PN 结的位置在0=x ，则突变结的杂质分布可以表示为0<x ， N x N a )(=0>x ， N x N d )(=实际的突变结，两边的杂质浓度相差很多（例如N 区的施主杂质浓度为1016cm –3，而P 区的受主杂质浓度为1019cm –3），通常称这种结为单边突变结。
若N N d a >>，则记为N P +结；若N N d a <<，则记为PN +结。
（2）扩散法及其杂质分布① 制备过程下图表示用扩散法制造PN 结的过程。
它是在N 型（或P 型）单晶Si 片上，通过氧化、光刻、扩散（或离子注入）等工艺制得的PN 结，其杂质分布由扩散过程及杂质补偿决定。
模拟电路培训.
1.1.3 半导体二极管的伏安特性
一、PN 结的伏安特性方程
玻尔兹曼常数 1.3810–23J/K
I I S (e
反向饱 和电流
U / UT
1)
温度的 电压当量
kT UT q
电子电量 1.602 10–23C
当 T = 300(27C)： UT = 26 mV
U = 0 时， U > 0 时， U < 0 时，
A’ +
Rc
+VCC C2
B
VCC(直流电源)： • 使发射结正偏，集电结反偏 • 向负载和各元件提供功率 C1、C2(耦合电容)： • 隔直流、通交流 RB(基极偏置电阻)： • 提供合适的基极电流 RC(集电极负载电阻)： • 将 IC UC ， 使电流放大 电压放大
+ uo
RL
B’
I = 0；
I I SeU / UT
I – I S；
二、二极管的伏安特性
iD /mA
0 u Uon
uD /V
ID = 0
U (BR)
IS
正向特性
反 反向特性 O Uon 向 击 导通电压 穿
(门坎、阈值)
Uon = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
u Uon ID 急剧上升
1.4.2 变容二极管
符号 特性 工作条件：反向偏置
特点： * 反偏时，势垒电容随外加电 压升高而降低，可作为压控 可变电容。 * 电容量较小，几十~几百pF 。 * 最大与最小电容比为 5 : 1。 用途： * 高频电路中自动调谐、调频、 调相等。
1.4.3 光电器件
一、光电(光敏)二极管
pn结注入水平和理想因子证明
pn结注入水平和理想因子证明引言:在半导体器件中，pn结是一种重要的结构，被广泛应用于二极管、光电二极管和晶体管等器件中。
pn结注入水平和理想因子是评估pn 结性能的重要指标。
本文将从理论和实验两个方面，探讨pn结注入水平和理想因子的概念及其证明方法。
一、pn结注入水平的概念及证明方法1.1 pn结注入水平概念pn结注入水平是指在正向偏置条件下，电子和空穴注入到pn结的程度。
注入水平的高低直接影响着器件的电流特性和性能。
1.2 pn结注入水平的证明方法为了确定pn结注入水平，可以利用二极管的伏安特性曲线进行分析。
通过测量正向偏置条件下的电流和电压，可以得到注入水平的一些关键参数，如漏电流和饱和电流等。
二、pn结理想因子的概念及证明方法2.1 pn结理想因子概念pn结理想因子是指pn结与理想二极管之间的效率差异。
理想二极管是指具有无限大的导通电流和无穷大的反向击穿电压的二极管。
2.2 pn结理想因子的证明方法为了确定pn结的理想因子，可以通过测量真实二极管和理想二极管的特性曲线，比较它们的差异。
常用的方法有温度依赖性法和反向电流依赖性法等。
三、实验验证为了验证以上理论，我们进行了一组实验。
首先，我们选择了一款常见的二极管器件，利用万用表测量了正向偏置条件下的电流和电压，并绘制了伏安特性曲线。
然后，我们通过计算漏电流和饱和电流等参数，确定了pn结的注入水平。
接着，我们采用了反向电流依赖性法，比较了真实二极管和理想二极管的特性曲线，得出了pn结的理想因子。
实验结果表明，该二极管的注入水平较高，漏电流较小，饱和电流较大。
而理想因子接近于1，说明该二极管较接近理想二极管的性能。
结论:本文从理论和实验两个方面，对pn结注入水平和理想因子进行了探讨和证明。
通过测量伏安特性曲线和比较特性差异，我们可以准确地评估pn结的性能。
实验结果表明，所选择的二极管具有较高的注入水平和较接近理想二极管的性能。
通过本文的研究，我们可以更好地理解pn结注入水平和理想因子的概念及其证明方法，为半导体器件的设计和制造提供理论依据和实验指导。
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N
b. PN结的厚度一定（约几个微米） c. 接触电位一定（约零点几伏）
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PN结形成过程动画演示
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当N区和P区的掺杂浓度不等时 高掺杂浓度区 域用N+表示
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U
在 外 电 场 作 用 下
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杂质半导体的转型 当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可
将N型转为P型；
当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可 将P型转为N型。
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3. PN结的形成
以N型半导体为基片
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PN结反向偏置—— 当外加直流电压使PN结N型半 导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时， 称PN结反向偏置，简称反偏。
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S
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P
N
在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和N区 交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。
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空间电荷层 -
即PN结 + + + + + + + + + + + +
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P
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形成电位势垒 -
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P
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势垒U0
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- - - - - - - - - + - - - + P 当扩散与漂移作用平衡时 a. 流过PN结的净电流为零
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N
通过半导体扩散工艺
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使半导体的一边形成N型区，另一边形成P型区。 -
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思考题 1. 半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？ 2. 扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？
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P型半导体的形成过程动画演示
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小结 a. P型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价 杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。 c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 d. np× nn=K(T) e. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或 空穴型半导体。 f. 因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。
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+4 电子空穴 复合，成 对消失 +4
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电子和空穴产生过程动画演示
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小结
本征激发使空穴和自由电子成对产生。
相遇复合时，又成对消失。 空穴浓度（np)=电子浓度(nn) 温度T一定时 np× nn=K(T) K(T) —— 与温度有关的常数
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பைடு நூலகம்
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出 现 了 一 个 空 位
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半导体中产生了大量的空穴和负离子 -
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锗原子结构示意图
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硅、锗原子 的简化模型
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1. 本征半导体 本征半导体就是完全纯净的半导体 平面结构 立体结构
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共价键
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