1章半导体器件精品文档
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第1章半导体器件
电子线路基础
金属触丝
＋ 弹性金属丝
P型合金结 铝合金球 二氧化硅 P型扩散层
保护层 ＋
N型锗 P型层
N型硅
＋
锡 － 支架
支架 －
N型硅 －
－
(a)
(b)
(c)
(d)
图1―8 二极管结构与符号
电子线路基础
(1)点接触型二极管如图1―8(a)所示。 (2)面结合型二极管如图1―8(b)所示。 (3)平面型二极管如图1―8(c)所示。 二极管的符号如图1―8(d)所示。
＋4
(b) (a)
图1―2 (a)晶体结构; (b)共价键结构
1.1.2 杂质半导体 1. N型半导体 2. P型半导体
电子线路基础
＋4
＋4
多 余
电
子 磷
原 ＋5
＋4
子
图1―3 N型半导体的共价键结构
电子线路基础
＋4
＋4
空穴
硼
原 ＋3
＋4
子
图1―4 P型半导体的共价键结构
电子线路基础
1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流 1. 扩散运动和扩散电流 2. 漂移运动和漂移电流
1)图解法
电子线路基础
二极管的特性曲线如图 1―12（b）所示，将图 1―12（a）左边的线性电路写成方程为
uEiR
2）迭代法
(1―11)
由式（1―5）的二极管特性方程和式(1―11)联立的 方程组可以求出非线性电路的解。但无法直接计算，一 般采用迭代法求解。
将式(1―11)和式(1―5)改写为
CT
(U
K U )
(1―1)
电子线路基础
(2)扩散电容。PN结正向运用时,除了存在势垒电容
第一章--半导体器件讲解
输
RB 入
UEE
电 路
输 出
IE 电
路
共射极放大电路
2、三极管内部载流子的传输过程
a）发射区向基区注入电子，
形成发射极电流 iE
b）电子在基区中的扩散与复 IB
合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电
RB
子，形成集电极电流 iC
UBB
IC N RC
P UCC N
IE
另外，集电结的反偏也形成集电区中的少子空穴 和基区中的少子电子的漂移运动，产生反向饱和电流 ICBO。
1.3 半导体三极管
一、三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的PN结 构成的。在工作过程中，两种载流子（电 子和空穴）都参与导电，故又称为双极型 晶体管，简称晶体管或三极管。
两个PN结，把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以 是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和PNP型。
第一章 半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 PN结（半导体二极管） 1.3 半导体三极管
1.1 半导体基础知识
半导体器件是用半导体材料制成的电 子器件。常用的半导体器件有二极管、三 极管、场效应晶体管等。半导体器件是构 成各种电子电路最基本的元件。
一、半导体的导电特征
导体：金、银、铜铁、铝等容易传导电流的物质 绝缘体: 橡胶、木头、石英、陶瓷等几乎不传导电流的物质 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质， 如硅、锗、硒、砷化钾等。
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳 压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用 在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。
i/mA
8
4
精品文档-模拟电子技术(江晓安)(第三版)-第1章
第一章 半导体器件
图 1 – 5 P型半导体的共价键结构
第一章 半导体器件
1.２ＰＮ 结
1.2.1 异型半导体接触现象 在Ｐ型和Ｎ型半导体的交界面两侧, 由于电子和空穴的
浓度相差悬殊, 因而将产生扩散运动。 电子由Ｎ区向Ｐ区扩 散； 空穴由Ｐ区向Ｎ区扩散。 由于它们均是带电粒子(离 子), 因而电子由Ｎ区向Ｐ区扩散的同时, 在交界面Ｎ区剩下 不能移动(不参与导电)的带正电的杂质离子； 空穴由Ｐ区向 Ｎ区扩散的同时, 在交界面Ｐ区剩下不能移动(不参与导电) 的带负电的杂质离子, 于是形成了空间电荷区。 在Ｐ区和Ｎ 区的交界处形成了电场(称为自建场)。 在此电场 作用下, 载流子将作漂移运, 其运动方向正好与扩散运动方 向相反, 阻止扩散运动。 电荷扩散得越多, 电场越强, 因而 漂移运动越强, 对扩散的阻力越大。 当达到平衡时, 扩散运 动的作用与漂移运动的作用相等, 通过界面的载流子总数为 ０, 即ＰＮ结的电流为０。 此时在ＰＮ区交界处形成一个缺 少载流子的高阻区, 我们称为阻挡层(又称为耗尽层)。 上述 过程如图１－６(ａ)、 (ｂ)所示。
所谓“齐纳”击穿, 是指当ＰＮ结两边掺入高浓度的杂 质时, 其阻挡层宽度很小, 即使外加反向电压不太高(一般为 几伏), 在ＰＮ结内就可形成很强的电场(可达2×106 V/cm), 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电 流急剧增加, 出现击穿现象。
第一章 半导体器件
对硅材料的ＰＮ结, 击穿电压ＵＢ大于７V时通常是 雪崩击穿, 小于４V时通常是齐纳击穿；ＵＢ在４V和７V之间 时两种击穿均有。由于击穿破坏了ＰＮ结的单向导电特性, 因而一般使用时应避免出现击穿现象。
CT
dQ dU
S W
第一章 半导体器件
第一章 半导体器件
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称 为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成 为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少， 所以本征半导体的导电能力很弱。
二极管并联的正向特性；
• 当UCE增大时，特性曲线右移。当UCE >1V时，特性 曲线基本重合在UCE =1V时的曲线。
一、输入特性
UCE=0V
80
P型区
空间 电荷 区
N型区
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区
中的电子（都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
3、P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少）， 数量有限，因此由它们形成的电流很小。
2. PN结的单向导电性
PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区 加正、N 区加负电压。
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
§ 1.2 半导体二极管
掌握半导体二极管如下知识 ①二极管结构、类型、参数及国标命名法。 ②二极管整流电路、电平选择电路原理。 ③稳压二级管、变容二极管、光电二极管和发光二
极管的特点性能、及稳压二极管主要参数。
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
第1章 半导体器件
1.1 PN结
半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。半导体器件是构成各种电子电路最基 本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素。
1．热激发产生自由电子和空穴 每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间 通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共 用一对电子。 室温下，少数价电子挣脱共价键的束缚成 为自由电子，在共价键中留下一个空位这个空 位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子， 就好象空穴带正电荷一样。
两个PN结把半导体分成三个区域。这三个区 域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此， 三极管有两种类型：NPN型和PNP型。
C 集电结 N P N E 集电区 基区 B 发射区 E C
NPN型
B 发射结
C 集电结 P N P E 集电区 基区 B 发射区 E C
PNP型
B 发射结
正箭 向头 电方 压向 时表 的示 电发 流射 方结 向加
1.4.2
电流放大作用
（1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏 （2）内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入多子，形成发射极电流 iE b）多子在基区中扩散与复合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的多子，形成集电极电 流 iC
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
阳极 阴极
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二 极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。 稳压管的稳压作用：电流增量很大，电压变 化很小。
稳压管的主要参数： （1）稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压 （ 2）稳定电流 IZ。工作电压等于稳定电压时的 电流。
半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。半导体器件是构成各种电子电路最基 本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素。
1．热激发产生自由电子和空穴 每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间 通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共 用一对电子。 室温下，少数价电子挣脱共价键的束缚成 为自由电子，在共价键中留下一个空位这个空 位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子， 就好象空穴带正电荷一样。
两个PN结把半导体分成三个区域。这三个区 域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此， 三极管有两种类型：NPN型和PNP型。
C 集电结 N P N E 集电区 基区 B 发射区 E C
NPN型
B 发射结
C 集电结 P N P E 集电区 基区 B 发射区 E C
PNP型
B 发射结
正箭 向头 电方 压向 时表 的示 电发 流射 方结 向加
1.4.2
电流放大作用
（1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏 （2）内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入多子，形成发射极电流 iE b）多子在基区中扩散与复合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的多子，形成集电极电 流 iC
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
阳极 阴极
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二 极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。 稳压管的稳压作用：电流增量很大，电压变 化很小。
稳压管的主要参数： （1）稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压 （ 2）稳定电流 IZ。工作电压等于稳定电压时的 电流。
(完整版)半导体器件ppt
它是零偏置情况下阈值的两倍
器件. 14
2020年2月11日7时38分
电阻工作区
• 假设VGS > VT ，并在漏区和源区之间加上一个小电压VDS
S
VGS
G
VDS
D ID
n+ - V(x) + n+
x
B
ID
k'n
W L
VGS
VT
VDS
VD2S 2
kn
动态或瞬态特性：耗尽区电容
• 空间电荷区的作用像一个具有半导体材料介电常数εsi的绝缘体，n区 和p区就像是电容器的极板
耗尽区电容具有高度的 非线性，且随反向偏置 的增加而减小：一个5V 的反向偏置使电容降低 两倍以上
• 大信号耗尽区电容 Ceq KeqC j0
器件. 5
2020年2月11日7时38分
2020年2月11日7时38分
阈值电压
• 强反型发生时VGS的值称为阈值电压VT
VGS
G
+
S
D
-
n+
n+
n channel p substrate
depletion region
B •体偏置对阈值的影响
–γ称为体效应(衬偏效应)系数，它表明VSB改变所产生的影响
VT VT 0 2F VSB 2F
器件. 17
2020年2月11日7时38分
速度饱和
• 短沟器件的主要差别是速度饱和效应 • 速度饱和效应：当沿沟道的电场达到某一临界值时，载流子的速度
将由于散射效应(即载流子间的碰撞)而趋于饱和 • 在沟道长度为0.25μm的NMOS器件中大约只需要2V左右的漏源电压
器件. 14
2020年2月11日7时38分
电阻工作区
• 假设VGS > VT ，并在漏区和源区之间加上一个小电压VDS
S
VGS
G
VDS
D ID
n+ - V(x) + n+
x
B
ID
k'n
W L
VGS
VT
VDS
VD2S 2
kn
动态或瞬态特性：耗尽区电容
• 空间电荷区的作用像一个具有半导体材料介电常数εsi的绝缘体，n区 和p区就像是电容器的极板
耗尽区电容具有高度的 非线性，且随反向偏置 的增加而减小：一个5V 的反向偏置使电容降低 两倍以上
• 大信号耗尽区电容 Ceq KeqC j0
器件. 5
2020年2月11日7时38分
2020年2月11日7时38分
阈值电压
• 强反型发生时VGS的值称为阈值电压VT
VGS
G
+
S
D
-
n+
n+
n channel p substrate
depletion region
B •体偏置对阈值的影响
–γ称为体效应(衬偏效应)系数，它表明VSB改变所产生的影响
VT VT 0 2F VSB 2F
器件. 17
2020年2月11日7时38分
速度饱和
• 短沟器件的主要差别是速度饱和效应 • 速度饱和效应：当沿沟道的电场达到某一临界值时，载流子的速度
将由于散射效应(即载流子间的碰撞)而趋于饱和 • 在沟道长度为0.25μm的NMOS器件中大约只需要2V左右的漏源电压
1章半导体器件-67页PPT精选文档
Si
Si
高
子，同时在原位留下
等 教
的 空 位 称 空 穴 。 这 种 自由电子
育
现象称为本征激发
本征硅示意图
出
版 结论：在本征半导体中电子空穴成对产生，当温度和光照
社
增加时，其数目增加。
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 子
在外电场作用下， 自由电子定向运动，
价电子填补空穴
技
价电子填补空穴。
术
在半导体中，同时
技
0.6V，画出输出电压信号的波形图。
术 【解 】分析方法：
陈 小
这个电路仍是分析二极
虎
管的导通与否，图中二极管
主 编
的正极接信号电压ui ，二极
高
管的负极接电源E的正极，
等
两个量进行比较，确定二极
教 育
管的导通与否。
出
版
社
图2.1.7 例1.2.2题图
电 【例1.2.2 】
工 电
【解 】分析方法： ui ＜ E＋0.6V
电 1.2 半导体二极管的单向导电性
工 1.2.2 二极管的伏安特性
电
子 伏安特性：
技 二极管的端电压与电流 术 之间的关系。
陈 伏安特性曲线：
小
虎 主
描述二极管的端电压与
编 电流之间的关系曲线。图
高 等
2.1.5为典型硅管的伏安
教 育
特性曲线。
出
版 注意：正、反向电压和电 社 流的单位是不同的。
版 社
→基本半导体器件
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 根据半导体的掺杂情况，半导体材料又可以分为两类：
子 1、本征半导体
第1讲半导体器件PPT课件
第1章 基本电压放大电路
1.1PN结 1.2 晶体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 晶体三极管 1.5基本放大电路 1.6微变等效电路法 1.7多级放大器及频率特性 1.8光电耦合器 1.9场效应晶体管放大电路 1.10VMOS管介绍
1
概述
1
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
13
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
2
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
3
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
2
1.1PN结
在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的 不同大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。通常将 很容易导电、 电阻率小于10-4Ω·cm的物质，称为导体， 例如铜、铝、银等金属材料; 将很难导电、电阻率大于 1010Ω·cm的物质，称为绝缘体， 例如塑料、橡胶、陶瓷 等材料; 将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在103~109Ω·cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材 料是硅（Si)和锗(Ge)。
1.1PN结 1.2 晶体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 晶体三极管 1.5基本放大电路 1.6微变等效电路法 1.7多级放大器及频率特性 1.8光电耦合器 1.9场效应晶体管放大电路 1.10VMOS管介绍
1
概述
1
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N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
13
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
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2
1.1PN结
在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的 不同大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。通常将 很容易导电、 电阻率小于10-4Ω·cm的物质，称为导体， 例如铜、铝、银等金属材料; 将很难导电、电阻率大于 1010Ω·cm的物质，称为绝缘体， 例如塑料、橡胶、陶瓷 等材料; 将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在103~109Ω·cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材 料是硅（Si)和锗(Ge)。
第1章 半导体器件
模拟电子技术基础主讲：黄勇坚曲阜师范大学物理工程学院hyj两种信号•模拟信号Analog signal•数字信号Digital signalhyj模拟信号•时间和幅值均连续的信号；•如语音（音频）信号、图像（视频）信号、模拟温度和压力的物理量检测信号等。
hyj数字信号•时间和幅值均不连续的信号；•如开关信号、脉冲信号、计算机编码信号等。
...0123 -1nu(n)hyj电子电路分类•按照信号处理功能和电路构成原理分为：模拟电路：产生和处理模拟信号的电路；数字电路：产生和处理数字信号的电路。
hyj研究对象：•电子器件Electronic device•电子电路（线路）Electronic circuit •电子系统Electronic systemhyj模拟电路分类有两种分类方法均可：根据信号频率分为两门课：高频电路(High Frequency Circuit)低频电路(Low Frequency Circuit)或根据有源器件模型分为两门课：非线性电路（Nonlinear Circuit)线性电路(Linear Circuit)hyj第一章半导体器件1.1 半导体的特性1.2 半导体二极管1.3 双极性晶体管1.4 场效应三极管hyjhyj半导体的定义：电阻率ρ介于导体和绝缘体之间的物质。
电阻率ρ：就是某种物体单位长度及单位截面积的体积内的电阻值。
电阻率越小，越容易导电；反之，电阻率越大，越难导电。
按导电性能可分为三类:•导体:ρ＜10-4Ω·cm 如：金、银、铜、铝•绝缘体：ρ＞1012Ω·cm如：云母、陶瓷、玻璃导体、绝缘体的电阻率受温度的影响很小。
1.1 半导体的特性•半导体: ρ=10-3~109Ω·cm常用半导体材料：硅Si(Silicon)、锗Ge(Germanium)对ρ影响较大的因素：杂质、温度、光照例如：温度变化时，半导体的电阻率变化很激烈；每升高1℃，它的电阻率下降达百分之几到百分之几十。
《半导体器件》课件
总结词
高效转换，环保节能
详细描述
在新能源系统中，半导体器件用于实现高效能量转换和 环保节能。例如，太阳能电池板中的硅基太阳能电池可 以将太阳能转换为电能，而LED灯中的发光二极管则可 以将电能转换为光能。
THANKS
感谢观看
总结词
制造工艺复杂
详细描述
集成电路的制造工艺非常复杂，需要经过多个步骤和工艺 流程。制造过程中需要精确控制材料的物理和化学性质， 以确保器件的性能和可靠性。
总结词
具有小型化、高性能、低功耗等特点
详细描述
集成电路具有小型化、高性能、低功耗等特点，使得电子 设备更加轻便、高效和节能。同时，集成电路的出现也推 动了电子产业的发展和进步。
总结词
由半导体材料制成
详细描述
双极晶体管通常由半导体材料制成，如硅或锗。这些材料 在晶体管内部形成PN结，是实现放大和开关功能的关键 结构。
总结词
正向导通，反向截止
详细描述
在正向偏置条件下，双极晶体管呈现低阻抗，电流可以顺 畅地通过。在反向偏置条件下，双极晶体管呈现高阻抗， 电流被截止。
场效应晶体管
05
CATALOGUE
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
总结词
广泛使用，基础元件
详细描述
在电子设备中，半导体器件是最基本的元件 之一，用于实现信号放大、传输和处理等功 能。例如，二极管、晶体管和集成电路等是 电子设备中不可或缺的元件。
通信系统中的半导体器件
总结词
高速传输，信号处理
详细描述
在通信系统中，半导体器件用于信号的高速 传输和处理。例如，激光二极管用于光纤通
总结词
通过电场控制电流的电子器件
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虚线为输入电 压波形。
子
ui ＞E＋0.6V
技
术
陈
小
虎
主 编
图2.1.8 输出电压波形图
高 等 教
当ui ＜E＋0.6V（导通电压）时，二极 管截止，此时二极管无电流通过，uo＝ui
育
出 版
当ui ＞E＋0.6V（导通电压）时，二
社 极管导通，uo＝ E＋0.6V＝5.6V。
电 1.2.4 二极管应用举例
术
自由电子数增加
N型半导体：在本征 硅
或锗中掺入五价元素，如
陈
小 虎
空穴
Si
PSi
磷、砷、锑，则自由电子 数目大大增加，形成多数
主 编
载流子。空穴为少数载流 子。
高
等 教
Si
Si
育
出
版
社
自由电子
在外电场作用下，自由 电子导电占主导地位， 故称电子型半导体。简 称N型半导体
本征硅示意图
电 1.1 半导体二极管的结构
育 出 版 社
ห้องสมุดไป่ตู้
－3.4=－3.1V，故DB截止。先讨 论DB这个结论也成立。
图2.1.9 例1.2.3题图
电 【例1.2.3】
工
【解 】分析方法：
电
子
结论：当数个二极管的负极（正极）并联在一点，而
电 工 电 子 技 术
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
出
版
社
图2.1.3
PN结加反向电压：
P区接电源负极， N区接电 源正极，如图2.1.3（b）。 外电场加强内电场，空间电 荷区变宽，阻止多子扩散运 动，只有少数载流子越过空 间电荷区形成反向电流。 PN结的反向电流由少数载流 子形成，反向电流非常小， PN结呈现极高的反向电阻， 称PN结反向截止。
电
子 1、最大整流电流IFM：
D
技 二极管长期使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用 术 时不允许超过此值
陈 2、最大反向工作电压URM：
小 虎
确保二极管安全使用所允许施加的最大反向电压。是击穿
主 编
电压UBR（反向击穿电压）的一半或者三分之二
高 等
3、反向饱和电流IR：
教 育
当二极管加反向工作电压时的反向电流，此值越小，则二
编 压为0.6V ，Uab＝－12＋0.6V＝－11.4V，流过电阻的电流
高
等
教
I =(－12＋0.6＋6)／3000=－0.0018A
育
出
版 负号表示电流方向从b流向a。
社
电 1.2.4 二极管应用举例
工
电
【例1.2.2 】 如图2.1.7所示，已知E＝5V，输入信号
子
为正弦波ui＝10sinωt V，二极管的正向导通电压为
虎 主 编
高
等
教
育
出
版
社
图2.1.6 例1.2.1题图
电 1.2.4 二极管应用举例
工 【例1.2.1 】
电
子
【解 】分析方法：
技
术
先假设二极
陈
管不导通
小
判断加在二极管两端 的正向电压是否大于 导通电压？
图2.1.6 例1.2.1题图
虎
主 编
二极管导通，二极管两
高
端电压等于导通电压；
是
等
教
育 出 版
电 1.1 半导体二极管的结构
工 1.1.4 半导体二极管
电
子 常用二极管图片
技 术
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
出
普通小功率二极管
版
社
各种发光二极管 大功率二极管
电
二极管的基本结构
工
电
半导体二极管结构
子
由一个PN结加电极引线与外壳制成。
技 阳极或正极
术
阴极或负极
陈
PN
小
虎 主
阳极或正极
阴极或负极
编
Si
Si
高
子，同时在原位留下
等 教
的 空 位 称 空 穴 。 这 种 自由电子
育
现象称为本征激发
本征硅示意图
出
版 结论：在本征半导体中电子空穴成对产生，当温度和光照
社
增加时，其数目增加。
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 子
在外电场作用下， 自由电子定向运动，
价电子填补空穴
技
价电子填补空穴。
术
在半导体中，同时
二极管截止，这条电路中 无电流。
否
社
电 【例1.2.1 】
工
电
【解 】分析方法：
子 （a）图中，假设D不导通，以b为参考点，二极管的正
技 极电位为－12V，负极电位为－6V，正向电压为
术
－12－ （－6）= －6V＜0.6V
陈 所以二极管截止， Uab＝－6V，流过电阻的电流为零。
小 虎 主 编
高
出 极管的单向导电性越好。
版
社
电 1.2 半导体二极管
工
1.2.4 二极管应用举例
电
子 二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。
技 【例1.2.1 】 如图2.1.6所示电路中，已知电
术 路中的二极管为硅管，电源电压及电阻值如图
陈 所示，问二极管D是否能导通，Uab为多少？ 小 流过电阻的电流各为多少？
温度反应特别敏感。→热敏元件
术
（2）光敏性
陈 小
半导体的导电能力随光照强度的变化而变化。例如硫化
虎
镉薄膜，无光照时，电阻是几十兆欧姆，是绝缘体；受
主 编
光照时，电阻只有几十千欧姆。→光敏元件
高
（3）掺杂性
等
教 育
如果在纯净半导体中掺入微量其它元素（称为掺杂），
出
半导体的导电能力随着掺杂能力的变化而发生显著变化。
育 出
电流但其结电容小，常用于高频检波及
版 小电流整流，使用时不能承受较高的反
社 向电压和大电流。
电 二极管的结构和符号示意图
工
电
金属触丝N型锗片
子
阳极引线
阴极引线
技
术
( a ) 点接触型 外壳
陈
小
铝合金小球 阳极引线
虎
主
N型硅
编
PN结 金锑合金
高
底座
等
教 育
阴极引线
出
( b) 面接触型
版
社
阳极 D 阴极 ( d) 符号
工 电
1.1.3、PN 结的导电性
子 在PN结两端加上不同极性的外电压， PN结呈不
技 同的导电性。
术
PN结加正向电压：
P区接电源正极， N区接电
源负极，如图2.1.3（a）。
陈
小 虎 主
外电场削弱内电场，空间电 荷区变窄，多数载流子扩散
编
运动增强。
高
等
教
育
出
版
社
图2.1.3
PN结的正向电流由多数载流 子形成，比较大，PN结呈现 较小的正向电阻，称PN结正 向导通。
图2.1.5 二极管的伏 安特性曲线
电 1.2.2 二极管的伏安特性
工
电 正向特性说明：
子
技
正向伏安特性测试电路
B
术
R
I
mA +
陈
小
E
虎
W
主
编
VD U –
A
0
高
硅0.5V
等
教
O~A正向死区
育
锗0.2V
二极管正向伏 安特性曲线
出 版
A~B正向导通区
硅0.6V - 0.7V
社
锗0.2V - 0.3V
电 1.2.2 二极管的伏安特性
版
社
N区电子向P区扩散
图2.1.2 PN结的形成
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 1、PN 结形成
子 扩散运动在交界面附近形成一个很薄的空间电荷
技 区，这就是PN结。
术
PN结
阻挡层
P区空穴向N区扩散
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
耗尽区
出
版
N区电子向P区扩散
社
图2.1.2 PN结的形成
阻挡多子扩散
电 1.1 半导体二极管的结构
陈 小
存在着自由电子导
虎
电和空穴导电。这
主 编
就是半导体导电方
高
式的最大特点。
等
教
育 自由电子（带负电）
出 版
和空穴都被称为载流
社 子。
Si
Si
Si
Si
自由电子定向运动 本征硅示意图
电 1.1 半导体二极管的结构
工 2、杂质半导体
电
子 杂质半导体
电子型（N型）半导体
技 有两大类
空穴型（P型）半导体
工
电
空穴数增加
子
技
术
空穴
陈 小 虎 主 编
高 等 教 育 出 版 社
Si
BSi
Si
Si
自由电子 本征硅示意图
P型半导体：在本征
硅或锗中掺入三价元素， 如硼、铝、铟，则空穴 数目大大增加，形成多 数载流子。自由电子为 少数载流子。
在外电场作用下，空穴 导电占主导地位，故称 空穴型半导体。简称P型 半导体
技
0.6V，画出输出电压信号的波形图。
术 【解 】分析方法：
陈 小
这个电路仍是分析二极