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半导体二极管及基本电路PPT课件
• 基础知识 • 半导体二极管 • 二极管基本电路及分析方法 • 稳压二极管及电路分析方法
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1.1 半导体的基础知识
一．半导体
• 按物体的导电性能，可将物体分为导体、绝缘 体和半导体三类。
① 导体：电阻率很低、电流易通过、导电性强的 物体。
② 绝缘体：电阻率很高、电流不通过、无导电能 力的物体。
• 一般情况下，锗管反向电流I R＞硅管I R反向电流。
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综述：
• 1）二极管的 V—A 特性为非线性；
• 2）当 导通；
时，且 U D ＞U T ，则 D
• 3）当 -U BR ＜ U D ＜ U T ，有I R ≈0，则 D 截 止；
• 4）当
时，且 绝对值U R ＞ U
BR ，则反向击穿烧坏。
一、课程的性质及任务
• 1. 本课程是一门电子技术方面的入门技术基础课，是研究各种半导体器件、 电子线路及应用的一门学科。
• 2. 学生通过本课程的学习，掌握一些有关电子技术的基本理论、基本知识， 为今后进一步学习打下一定的基础。
1
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• 二 研究对象
• 1.电子器件的特性、参数； • 2.电子线路分析的基本方法：即模拟电路和数字电路的分析方法。 • 3.有关应用。
由此得知： • 1）稳压管的 V—A 特性为非线性，且反向特性
很陡，； • 2）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作
于反向击穿状态。
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二. 主要参数
1). 稳定电压 UZ
• DZ在正常工作下管子两端的电压，也就是它 的反向击穿电压。
2). 稳定电流 IZ
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1.1 半导体的基础知识
一．半导体
• 按物体的导电性能，可将物体分为导体、绝缘 体和半导体三类。
① 导体：电阻率很低、电流易通过、导电性强的 物体。
② 绝缘体：电阻率很高、电流不通过、无导电能 力的物体。
• 一般情况下，锗管反向电流I R＞硅管I R反向电流。
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综述：
• 1）二极管的 V—A 特性为非线性；
• 2）当 导通；
时，且 U D ＞U T ，则 D
• 3）当 -U BR ＜ U D ＜ U T ，有I R ≈0，则 D 截 止；
• 4）当
时，且 绝对值U R ＞ U
BR ，则反向击穿烧坏。
一、课程的性质及任务
• 1. 本课程是一门电子技术方面的入门技术基础课，是研究各种半导体器件、 电子线路及应用的一门学科。
• 2. 学生通过本课程的学习，掌握一些有关电子技术的基本理论、基本知识， 为今后进一步学习打下一定的基础。
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• 二 研究对象
• 1.电子器件的特性、参数； • 2.电子线路分析的基本方法：即模拟电路和数字电路的分析方法。 • 3.有关应用。
由此得知： • 1）稳压管的 V—A 特性为非线性，且反向特性
很陡，； • 2）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作
于反向击穿状态。
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二. 主要参数
1). 稳定电压 UZ
• DZ在正常工作下管子两端的电压，也就是它 的反向击穿电压。
2). 稳定电流 IZ
半导体二极管及其应用课件
最大反向电压(VR)
可以承受的最大反向电压。
二极管广泛应用于整流、电源、通信、显示器等各种电子设备中。
最大正向电流(IF)
可以承受的最大正向电流。
二极管的温度特性
二极管的电特性与温度密切相关，温度越高，正向电压降越大，反向电流越 大。
二极管的选择和使用
1
温度环境
2
根据工作环境的温度要求选择适合的二
二极管的电视和视频应用
二极管整流器
用于电视和视频中的电力供应。
隧道二极管
用于高频接收器中的信号放大。
雪崩二极管
用于电视和视频设备的保护。
二极管的高频应用
变频器
将信号频率从一个范围转换到 另一个范围。
混频器
将不同频率的信号混合在一起。
调谐器
调节电路的频率。
反向击穿
当电压达到一定值时，电流快 速增加。
二极管的特殊性质
稳压二极管
可以保持稳定的电压输出，被广 泛应用于电源和稳压电路。
发光二极管(LED)
当电流通过时，可以发出光，被 广泛应用于指示和照明。
光电二极管
通过光信号产生电流，用于光电 转换和光传感器。
二极管的参数及应用
正向电压降(VF)
工作时的电压降。
二极管的工作原理及基本特性
1
正向偏置
电流能够顺利通过。
2
反向偏置
电流被阻止，形成高电阻。
3
导通电压
正向偏置时需要达到的最小电压。
PN结的电容特性
PN结具有电容特性，具有推迟响应的特性。这在实际应用中需要考虑，特别是在高频电路中。
PN结的整流特性
正向整流
允许电流通过，电压降低。
反向截止
第一章二极管-PPT课件
本征半导体：
四价元素
外层四个电子
原子实或惯性核 为原子核和内层电子组成
价电子为相邻两原子所共有
3.本征激发：
本征激发 电子空穴 成对产生
自由电子（带负电-e)
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
4.载流子 ：自由 +4 运动的带电粒子：
电子带负电： +4 －e=-1.6×10-19c,
空穴带正电:
e=1.6×10-19c.
锗管UD(ｏn)=0.2V。
（2）反向特性： 二极管两端加上反向 电压时，反向饱和电流IS很小（室温下， 小功率硅管的反向饱和电流IS小于0.1μA。 （3）反向击穿特性 二极管两端反向电压 超过U(BR)时，反向电流IR随反向电压的增大 而急剧增大， U(BR) 称为反向击穿电压。
（5）齐纳击穿：由高浓度掺杂材料制成的PN结中耗尽区宽度很窄，即使反向电
压不高也容易在很窄的耗尽区中形成很强的电场，将价电子直接从共价键中拉出 来产生电子-空穴对，致使反向电流急剧增加，这种击穿称为齐纳击穿。
§1 .2 二极管的特性及主要参数 一、 半导体二极管的结构和类型
构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号：阳极（正极） 阴极（负极） 分类： 1.根据材料 硅二极管、锗二极管 2.根据结构 点接触型、面接触型、平面型 1．二极管的结构和符号
空穴（带正电+e)
5.复 合： 自由电子和空穴在运动 中相遇重新结合成对消 失的过程。 电子电流:IN
空穴电流:IP 共有电子 递补运动
+4
+4
(最新整理)半导体二极管(课件)
2021/7/26
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压在1.8V左右，调换表笔再测试，显示为1V，则表示被测管合格。
应用提示
●发光二极管的管脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有 凸起标志，那么靠近凸起标志的管脚就为正极。
●发光二极管好坏的判别可用万用表的R×10k挡测其正、反向阻值， 当正向电阻小于50kΩ，反向电阻大于200kΩ时均为正常。如正、反向电阻 均为无穷大，表明此管已坏。
如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至为零，表示管子
内部20已21/7短/26路。
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如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表示内部已断路。
六、 特殊二极管
整流二极管、检波二极管、开关二极管具有相似的伏安特性曲 线，均属于普通二极管。为了适应各种不同功能的要求，许多特殊 二极管应运而生，如稳压管、发光管、光电管等。
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半导体二极管
东西湖职校电子电器 徐志远
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学习内容
1.形形色色的二极管
2.半导体
3.半导体二极管的结构和类型
4.二极管的伏安特性曲线
5.二极管的主要参数
6.二极管的检测方法
7.二极管的等效电路及应用
8.稳压二极管
9.发光二极管
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硅正（向Si）特性曲≈线0.向5 左移，0反.6~向1 特性曲线向下<0移.1。
锗（Ge） ≈0.1
0.2~0.5
几十
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参数
半导体 二极管 的主要 参数
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对器件性能的定量描述 器件使用的极限条件
两大类
半导体二极管公开课课件ppt
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导 体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们 的交界面处就形成了PN 结。
阳极 阴极
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.半导体二极管的特性
思考：在电路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？ 二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二 极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这 种连接方式，称为反向偏置。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
接上电源之后的二极管
二极管的一种类型
二极管在日常的应用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.半导体二极管的结构
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装 起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。
思考：在电路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？ 将二极管的正极接在电源的正极，负极接在电源的负极， 二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置 。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
4.思考题
例1 二极管构成如图所示电路，设V1、V2均为理想二
极管，当输入电压UA、UB为分别未 0V 和5V 的不同 组合时，求输出电压 UO 的值。
阳极 阴极
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.半导体二极管的特性
思考：在电路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？ 二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二 极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这 种连接方式，称为反向偏置。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
接上电源之后的二极管
二极管的一种类型
二极管在日常的应用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.半导体二极管的结构
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装 起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。
思考：在电路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？ 将二极管的正极接在电源的正极，负极接在电源的负极， 二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置 。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
4.思考题
例1 二极管构成如图所示电路，设V1、V2均为理想二
极管，当输入电压UA、UB为分别未 0V 和5V 的不同 组合时，求输出电压 UO 的值。
半导体二极管及其基本电路ppt课件
二者产生的电流大小相等，方向相反。因此，在相对
平衡时，流过PN结的电流为0。
空穴空间电荷区ຫໍສະໝຸດ 耗尽层电子P区内电场
N区
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PN结的形成
对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形 成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少 多子，所以也称耗尽层。由于耗尽层的存在，PN结的 电阻很大。
不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。
精选ppt课件
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3. 电子与空穴
当导体处于热 力 学 温 度 0K 时 ，
自由电子
空穴
束缚电子
导体中没有自由电
子。当温度升高或
共
受到光的照射时， 价电子能量增高，
+4
+4
价
键
有的价电子可以挣
脱原子核的束缚，
而参与导电，成为
+4
+4
自由电子。 这一现象称为本征激发，也称热激发。
第二章 半导体二极管及其基本电路
半导体基本知识 PN结及其特性 半导体二极管特性及其应用 稳压二极管
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1
§2.1 半导体基础知识
2.1.1 概念
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。
1. 导体：容易导电的物体。如：铁、铜等
2. 绝缘体：几乎不导电的物体。 如：橡胶等
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2.1.3 杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是 三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半 导体。
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(优)第四节 半导体二极管PPT资料
• 变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差： • （1〕发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。 • （2〕变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号发送到
对方被对方接收后产生失真。 • 出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。 • 9、 稳压二极管的基本知识 • a、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本
a;硅二极管在两极加上电压,并且电压大于0.6V时才能导通,导通后电压保持在0.6-0.8V之间. B;锗二极管在两极加上电压,并且电压大于0.2V时才能导通,导通后电压保持在0.2-0.3V之间. 5、半导体二极管主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电 阻极大或无穷大。
• c、 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表： 分7当这变592变a在富出1727这变富a变当3b富（在出1在c变富、、 、 、 、 、 、 、 按V0V;0目类测样。容实华现样。华容测华2工现实容华、、时时〕半半稳半半半用常稳视： 的 ， 二 物 电 上 ， 电 二 的 电 作 上 物 二 电半半才才导导压导导导途 变用压法a阻当极中子述当子极阻子状述中极子•••••导导能能体体二体体体分 容稳二按判值把管如电情把电管值电态情如管电体体导导二二极二二二： 性压材极断很稳发果性况稳性发很性，况果发性二二通通型稳 1的 1性 1右 断极极管极极极整 能二质管半102大压生看维之压维生大维变之看生维极极,,压 导 曲 ,路、导导、 、管管的管管管流 变反号极分的导管故到修一管修故修容一到故修((管管一一,值 通 线通通半的主稳的的在二 差半 半管向若：基体接障一员时接员障员二时一障员1的的般般后后识要压识识电极 时电 。导导 导N的硅本二电反3入，端基，入基，基极，端，基伏伏为为.4电电别 特 原 别 别 路 管，压 ）体体 体3型二知极阻向电主有础就电础主础管就有主础7安安几几V压压方性理方方中， 高2为 见二号极识管二 二路要颜知应路知要知调应颜要知应电特特8百百3保保法是：法法常检 频及图0管的极极 极以表色识该以识表识制该色表识.在阻性性16至至.持持：单稳：：用波 调2稳N和极三V管后现标培更后培现培电更标现培管 管：：为1－几几在在向压“二 制4压0锗性3.，为示训换，训为训压换示为训的的 的二二7零千千0000.导二极 电D2值二9:K.若漏的同若漏一同的漏..伏极极一伏 好〞3欧欧,9V电极管 路表以如极V由电是型由电般型是电管管般安安 坏加1姆姆4性管， 的）明下上管N于或负号于或加号负或.的的在特数特 判))7，的稳 工,,，4表二；.这这V电性极的电性到的极性基基实总字7性性 别也特压 作而：3极时时源能变源能负变能5,,本本物之表另另曲：:0就点二 不.用工1黑黑管电变容电变极容变特特的示外 外,1线V是就极 稳二正万程表表压差二压差上二差N以性性电，一一5在是管 定：极向4笔笔用发：极发：，极：分是是路.击如端端76正击， ，（管电接接3生管生使管V表析单单图穿：是是向穿发 使2通的阻的的波。波变。6向向中(时正D正,指1电后光 调内.过基是是2越动动容5N导导可通极极压，二 制V表针部4二二二本，，二小电电以..常7的其极 后示1表断极极极或或极特3性性通,5采越作两管 的编3)V开管管其其管管R过〔〔性用好用端， 高号12﹡或的的它它的眼注注的N是7下的光 频为的.反负负14原原内击V睛：：电单，电电 信507是极极向因因部3穿直硅硅的03流向导压二 号00或4,,造造结电接管管半的红红V.Ｉ导通基极 发71R成成电看的的导阻表表二7VN与电本管 送电﹡5.电电容4出导导体笔笔越极V阻保， 到其性71路路容半通通二接接3大K管很持对两〔5中中量档导电电极的的越均小不方端1注各各随体压压管测是是N好；变被不电：点点调二为为。4量二二。对.能7若压硅电电制极00极极二4方..使正Ｕ压压电4管管管管极接用1变变压向的的的的的管N收。动 动 的正电关正正导4的后7时时变负阻系极极通5产正，，化0极..无曲电生,负负而反1.穷线压失N载载变向4大为真为两两化7电,。二50说端端。1.阻6极明的的1－要管N电电二0求4的.压压极78在6V伏将将管1；1安基基K内锗左本本特部管保保持持不不 3V），而工程分析时通常采用的是0.
对方被对方接收后产生失真。 • 出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。 • 9、 稳压二极管的基本知识 • a、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本
a;硅二极管在两极加上电压,并且电压大于0.6V时才能导通,导通后电压保持在0.6-0.8V之间. B;锗二极管在两极加上电压,并且电压大于0.2V时才能导通,导通后电压保持在0.2-0.3V之间. 5、半导体二极管主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电 阻极大或无穷大。
• c、 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表： 分7当这变592变a在富出1727这变富a变当3b富（在出1在c变富、、 、 、 、 、 、 、 按V0V;0目类测样。容实华现样。华容测华2工现实容华、、时时〕半半稳半半半用常稳视： 的 ， 二 物 电 上 ， 电 二 的 电 作 上 物 二 电半半才才导导压导导导途 变用压法a阻当极中子述当子极阻子状述中极子•••••导导能能体体二体体体分 容稳二按判值把管如电情把电管值电态情如管电体体导导二二极二二二： 性压材极断很稳发果性况稳性发很性，况果发性二二通通型稳 1的 1性 1右 断极极管极极极整 能二质管半102大压生看维之压维生大维变之看生维极极,,压 导 曲 ,路、导导、 、管管的管管管流 变反号极分的导管故到修一管修故修容一到故修((管管一一,值 通 线通通半的主稳的的在二 差半 半管向若：基体接障一员时接员障员二时一障员1的的般般后后识要压识识电极 时电 。导导 导N的硅本二电反3入，端基，入基，基极，端，基伏伏为为.4电电别 特 原 别 别 路 管，压 ）体体 体3型二知极阻向电主有础就电础主础管就有主础7安安几几V压压方性理方方中， 高2为 见二号极识管二 二路要颜知应路知要知调应颜要知应电特特8百百3保保法是：法法常检 频及图0管的极极 极以表色识该以识表识制该色表识.在阻性性16至至.持持：单稳：：用波 调2稳N和极三V管后现标培更后培现培电更标现培管 管：：为1－几几在在向压“二 制4压0锗性3.，为示训换，训为训压换示为训的的 的二二7零千千0000.导二极 电D2值二9:K.若漏的同若漏一同的漏..伏极极一伏 好〞3欧欧,9V电极管 路表以如极V由电是型由电般型是电管管般安安 坏加1姆姆4性管， 的）明下上管N于或负号于或加号负或.的的在特数特 判))7，的稳 工,,，4表二；.这这V电性极的电性到的极性基基实总字7性性 别也特压 作而：3极时时源能变源能负变能5,,本本物之表另另曲：:0就点二 不.用工1黑黑管电变容电变极容变特特的示外 外,1线V是就极 稳二正万程表表压差二压差上二差N以性性电，一一5在是管 定：极向4笔笔用发：极发：，极：分是是路.击如端端76正击， ，（管电接接3生管生使管V表析单单图穿：是是向穿发 使2通的阻的的波。波变。6向向中(时正D正,指1电后光 调内.过基是是2越动动容5N导导可通极极压，二 制V表针部4二二二本，，二小电电以..常7的其极 后示1表断极极极或或极特3性性通,5采越作两管 的编3)V开管管其其管管R过〔〔性用好用端， 高号12﹡或的的它它的眼注注的N是7下的光 频为的.反负负14原原内击V睛：：电单，电电 信507是极极向因因部3穿直硅硅的03流向导压二 号00或4,,造造结电接管管半的红红V.Ｉ导通基极 发71R成成电看的的导阻表表二7VN与电本管 送电﹡5.电电容4出导导体笔笔越极V阻保， 到其性71路路容半通通二接接3大K管很持对两〔5中中量档导电电极的的越均小不方端1注各各随体压压管测是是N好；变被不电：点点调二为为。4量二二。对.能7若压硅电电制极00极极二4方..使正Ｕ压压电4管管管管极接用1变变压向的的的的的管N收。动 动 的正电关正正导4的后7时时变负阻系极极通5产正，，化0极..无曲电生,负负而反1.穷线压失N载载变向4大为真为两两化7电,。二50说端端。1.阻6极明的的1－要管N电电二0求4的.压压极78在6V伏将将管1；1安基基K内锗左本本特部管保保持持不不 3V），而工程分析时通常采用的是0.
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价
电
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子
共
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键
图1–1 硅和锗简化原子
结构模型
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图 1 – 2 本征半导体共价键晶体结构示意图
共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其 中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子, 同时必然
在共价键中留下空位, 称为空穴。空穴带正电, 如图 1-３所
示。
外加的正向电压有一部 分降落在PN结区，方向与 PN结内电场方向相反，削弱 了内电场。于是,内电场对 多子扩散运动的阻碍减弱， 扩散电流加大。扩散电流远 大于漂移电流，可忽略漂移 电流的影响，PN结呈现低阻 性。
图1－7 PN结加正向电压 时的导电情况
(2) PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图1－8所示。
图1－6 PN结的形成过程
二、 PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到 N区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电 流小。
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。
(1) PN结加正向电压时的导电情况 PN结加正向电压时的导电情况如图1－7所示。
1.1.1 本征半导体
纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导 体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层 轨道上有四个价电子。为便于讨论, 采用图 1-１ 所示的简 化原子结构模型。把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个 原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面 围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的 轨道上。即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到 相邻原子核的吸引。于是, 两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。故晶体中, 每个原子都和周围的４个原子 用共价键的形式互相紧密地联系起来,如图１ - ２所示。
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内 电场方在向一相定同的，温加度强条了件内下电，场。内电场对多子扩散运动的阻碍 增由强本，征激发决定的少子浓 扩度散是电一流定大的大，减故小少。子此形时成 P的N结漂区移电的流少是子恒在定内的电，场基的 作本用上下与形所成加的反漂向移电电压流的大大 于小扩无散关电，流这，个可电忽流略也扩称散为 电反流向，饱P和N结电呈流现。高阻性。
＋4
＋4
＋4
键外 电子
＋4
＋5
＋4
施主 原子
＋4
＋4
＋4
图 1 - 4 N型半导体共价键结构
2. P型半导体
在本征半导体中, 掺入微量３价元素, 如硼、镓、铟等, 则 原来晶格中的某些硅 (锗)原子被杂质原子 代替。
＋4
＋4
＋4
受主
原子
＋4
＋4
＋4
空位
＋4
＋4
＋4
图 1 – 5 P型半导体的共价键结构
价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同 时自由电子在运动过程中失去能量, 与空穴相遇, 使电子、 空穴对消失, 这种现象称为复合。在一定温度下, 载流子 的产生过程和复合过程是相对平衡的, 载流子的浓度是一 定的。本征半导体中载流子的浓度, 除了与半导体材料本 身的性质有关以外, 还与温度有关, 而且随着温度的升高, 基本上按指数规律增加。因此, 半导体载流子浓度对温度 十分敏感。对于硅材料, 大约温度每升高８℃, 本征载流 子浓度ni增加 1 倍；对于锗材料, 大约温度每升高１２℃,
＋4
＋4
＋4
自由
空穴
电子
＋4
＋4Leabharlann ＋4＋4＋4
＋4
图 1 – 3 本征半导体中的自由电子和空穴
由此可见, 半导体中存在着两种载流子：带负电 的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中, 自由电 子与空穴是同时成对产生的, 因此, 它们的浓度是相 等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度, 即 ni=pi, 下标i表示为本征半导体。
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于 P型半导体和N型 半导体结合面， 离子薄层形成的 空间电荷区称为 PN结。在空间电 荷区，由于缺少 多子，所以也称 耗尽层。
PN 结形成的过程 可参阅图 1 – 6 。
P型半导体中空穴是多数载流子，主 要由掺杂形成； 电子是少数载流子，由 热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成 为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂 质。
1.1.3ＰＮ 结
一、 PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形 成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体 的结合面上形成如下物理过程:
ｎｉ增加 1 倍。 除此之外, 半导体载流子浓度还与光照有
关, 人们正是利用此特性, 制成光敏器件。
1.1.2 杂质半导体
1.
在本征半导体中, 掺入微量５价元素, 如磷、锑、砷等, 则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质 原子的最外层有５个价电子, 因此它与周围４个硅(锗)原子 组成共价键时, 还多余 1 个价电子。 它不受共价键的束缚, 而只受自身原子核的束缚, 因此, 它只要得到较少的能量就能 成为自由电子, 并留下带正电的杂质离子, 它不能参与导电, 如图１-４所示。显然, 这种杂质半导体中电子浓度远远大于 空穴的浓度, 即nn>>pn(下标ｎ表示是Ｎ型半导体), 主要靠电 子导电, 所以称为Ｎ型半导体。由于５价杂质原子可提供自 由电子, 故称为施主杂质。Ｎ型半导体中, 自由电子称为多数 载流子；空穴称为少数载流子。
第一章 半 导 体 二极管
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管的特性及主要参数 1.3 二极管电路的分析方法 1.3 特殊二极管 1.3 半导体二极管特性的测试与应用
1.1 半导体基础知识
物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。
物质的导电特性取决于原子结构。导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在外电场 作用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈 现出较好的导电特性。高价元素(如惰性气体)和高分子物质 (如橡胶, 塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆 脱原子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差, 可作为 绝缘材料。而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易 摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原 子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。