1第一章晶体二极管及其基本电路134页
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第1章 晶体二极管
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
束缚电子
+4
在绝对温度T=0K时， 时 在绝对温度 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中， 紧紧束缚在共价键中，不 自由电子， 会成为自由电子 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 接近绝缘体。 ，接近绝缘体。
+4
+4
+4
+4
空穴
+4
自由电子
+4
+4
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容） 极间电容（结电容）
Ln
x
Lp
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
1.3 晶体二极管电路的分析方法 一、晶体二极管模型
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线 结
P N
符号
+
阳极
阴极
1. 二极管结构
PN结面积小，结电容小， 结面积小，结电容小， 结面积小 用于检波和变频等高频电路
PN结具有单向导电性 结具有单向导电性
动画演示1 动画演示1 动画演示2 动画演示
3. PN结的伏安特性 . PN结的伏安特性 根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图 根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
IF（多子扩散） 多子扩散） 反向饱和电流 反向击穿电压 正偏
反偏 反向击穿 IR（少子漂移） 少子漂移） 自学：PN结的击穿特性 （P18） 思考：温度升高时，曲线有何变化？
si
Ge Ge
+4 +4
硅原子
第1章 晶体二极管
+
I
D
外电场
+ 当外加电压增大时，多子被推向耗尽区，使正、负离 子减少，相当于存贮的电荷量减少；当外加电压减小时，
多子被推离耗尽区，使正、负离子增多，相当于存贮的电
荷量增加。
第1章 半导体二极管及其电路分析
二、扩散电容
正向偏置的 PN 结，由于多子扩散，会形成
一种特殊形式的电容效应。
非平衡少数 载流子 平衡少数载 流子
面积、材料和散热情况。
通常取UBR的一半作为URM 。
第1章 半导体二极管及其电路分析
五、反向电流 IR
IR 指二极管未击穿时的反向电流。 IR越小，单向
导电性能越好。IR 与温度密切相关，实际使用时应注 意IR的温度条件。 六、最高工作频率fM fM 是与结电容有关的参数。工作频率超过fM 时， 二极管的单向导电性能变坏。
第1章 半导体二极管及其电路分析
1. 本征半导体
(1) 定义：纯净的且具有完整晶体结构的半导体 (2) 原子结构简化模型
＋4
图 1.1 硅和锗原子结构简化模型
第1章 半导体二极管及其电路分析
（3）本征半导体共价键晶体结构
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,
反向电压就能在耗尽区内形成很强的电场。
第1章 半导体二极管及其电路分析
1.2.3 二极管(PN结)的电容效应
Q 按电容的定义: C U dQ 或 C dU
即电压变化将引起电荷变化, 从而反映出电容效应。
PN结两端加上电压, PN结内就有电荷的变化, 说明PN结
第一章 晶体二极管及应用电路
第一章晶体二极管及应用电路§1.1 知识点归纳一、半导体知识1．本征半导体·单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（Ge）（图1-2）。
前者是制造半导体IC的材料（三五价化合物砷化镓GaAs是微波毫米波半导体器件和IC的重要材料）。
·纯净（纯度>7N）且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。
在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发或产生）（图1-3）。
本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴对。
温度越高，本征激发越强。
+载流子。
空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格·空穴是半导体中的一种等效q+电荷的空位宏观定向运动（图1-4）。
中的空位，使局部显示q·在一定的温度下，自由电子与空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为载流子复合。
复合是产生的相反过程，当产生等于复合时，称载流子处于平衡状态。
2．杂质半导体·在本征硅（或锗）中渗入微量5价（或3价）元素后形成N型（或P型）杂质半导体（N型：图1-5，P型：图1-6）。
·在很低的温度下，N型（P型）半导体中的杂质会全部电离，产生自由电子和杂质正离子对（空穴和杂质负离子对）。
·由于杂质电离，使N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴，而P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。
·在常温下，多子>>少子（图1-7）。
多子浓度几乎等于杂质浓度，与温度无关；两少子浓度是温度的敏感函数。
·在相同掺杂和常温下，Si的少子浓度远小于Ge的少子浓度。
3．半导体中的两种电流在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流（这与金属导电一致）；还存在因载流子浓度差而产生的扩散电流。
4．PN结·在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，会形成一个特殊的薄层——PN 结（图1-8）。
第1章晶体二极管及其整流电路
桥式整流电路工作过程
由波形图可见，v2 一 周期内，两组整流二极管
轮流导通产生的单方向电
流 i1 和 i2 叠加形成了 iL。 于是负载得到全波脉动直
流电压 vL。
桥式整流电路工作波形图
3．负载和整流二极管上的电压和电流
(1)负载电压 VL
(2)负载电流 IL
VL 0.9V2
IL
VL RL
0.9V2 RL
1.1.2 PN 结
二极管由半导体材料制成。
PN 结的形成
1．半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。 如硅(Si)或锗(Ge)半导体。
半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种：
自由电子：带负电 空穴：带与自由电子等量的正电
均可运载电荷——载流子
载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴， 统称载流子，如图 所示。
本章学习目标
1. 理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性。
2. 熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。
3. 掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检 测二极管。
4. 理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其 工作原理，能进行相应的计算。
5. 理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波 方式，掌握滤波的电路形式，理解电容滤波及电感滤 波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。
解 因为 VL = 0.9V2
所以
V2
VL 0.9
60 V 0.9
66.7 V
流过二极管的平均电流
IV
1 2
IL
1 2
4A 2A
二极管承受的反向峰值电压
VRM 2V2 1.41 66.7 94 V
查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反向工作 电压为 100 V 的整流二极管 2CZ12A(3 A/100 V)4 只。
由波形图可见，v2 一 周期内，两组整流二极管
轮流导通产生的单方向电
流 i1 和 i2 叠加形成了 iL。 于是负载得到全波脉动直
流电压 vL。
桥式整流电路工作波形图
3．负载和整流二极管上的电压和电流
(1)负载电压 VL
(2)负载电流 IL
VL 0.9V2
IL
VL RL
0.9V2 RL
1.1.2 PN 结
二极管由半导体材料制成。
PN 结的形成
1．半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。 如硅(Si)或锗(Ge)半导体。
半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种：
自由电子：带负电 空穴：带与自由电子等量的正电
均可运载电荷——载流子
载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴， 统称载流子，如图 所示。
本章学习目标
1. 理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性。
2. 熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。
3. 掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检 测二极管。
4. 理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其 工作原理，能进行相应的计算。
5. 理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波 方式，掌握滤波的电路形式，理解电容滤波及电感滤 波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。
解 因为 VL = 0.9V2
所以
V2
VL 0.9
60 V 0.9
66.7 V
流过二极管的平均电流
IV
1 2
IL
1 2
4A 2A
二极管承受的反向峰值电压
VRM 2V2 1.41 66.7 94 V
查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反向工作 电压为 100 V 的整流二极管 2CZ12A(3 A/100 V)4 只。
晶体二极管及整流电路
3．负载上的直流电压和电流
负载上的直流电压： 负载上的直流电流：
VL=0.9V2
VL
0.9
V2 RL
工程应用
●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功 率。
●桥式整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压 V2，最大整流电流IFM不低于负载上的直流电流IL。
20 L型滤波器
2．π型滤波器
C-π型滤波器 在L型滤波器的输入端再并联一个电容，这就形成了LC-π型滤 波器，如左下图所示。
RC-π型滤波器 在电流较小、滤波要求不高的情况下，常用电阻R代替π型滤 波器的电感L，构成RC-π型滤波器。
LC—π型滤波器 21
RC—π型滤波器
第五节 特种二极管及应用
动成分受到抑制1而9 变得平滑。
3．电路特点
一般情况下，电感值L愈大，滤波效果愈好。但电感的体积变大、成本上升，且 输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨。
三、复式滤波器
复式滤波器是由电感、电容或电阻、电容组合起来的多节滤波器。
1．L型滤波器
在滤波电容C之前串接一个铁芯电感L，这样就组成了L型滤波器。脉动直流电压 经过电交流成分 进一步滤除，就可在负载上得到更加平滑的直流电压。
稳压管的外形
电路符号
22
稳压管的伏安特性曲线如的正向特 性与普通二极管相同。
反向特性曲线在击穿区域比普 通二极管更陡直，这表明稳压管击穿后 ，通过管子的电流变化(ΔIz)很大，而 管子两端电压变化(ΔVz)很小，或说管 子两端电压基本保持一个固定值。
稳压管在电路中主要功能是起 稳压作用。
击穿特性
正向特性
●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功 率。
电子线路_精品文档
电子线路第一章晶体二极管和二极管整流电路一、填空1、晶体二极管加一定的（正向）电压时导通，加（反向）电压时（截止）这一导电特性称为二极管的（单相导电）特性。
2、不加杂质的纯净半导体称为（本征半导体）。
3、P型半导体它又称为（空穴）型半导体，其内部（空穴）数量多于（自由电子）数量。
4、加在二极管两端的（电压）和流过二极管的（电流）间的关系称为二极管的（伏安特性）。
5、把（交流）电转换成（直流）电的过程称为整流。
6。
直流电的电路称为二极管单相整流电路，常用的有（单相半波整流）、（单相桥式整流）和（倍压整流）电路。
7。
三极管工作在放大区时，通常在它的发射结加（正向）电压，集电结加（反向）电压。
8。
三极管在电路中的三种基本连接方式是（共发射极接法）、（共基极接法）、（共集电极接法）。
9。
晶体二极管的主要参数有（最大整流电流IFm）、（最高反向工作电压VRm）、（反向漏电流IR）。
10。
导电能力介于（导体）和（绝缘体）之间物体称为半导体。
11、在半导体内部，只有（空穴）和（自由电子）两种载流子。
12、一般来说，硅晶体二极管的死区电压应（大于）锗晶体二极管的死区电压。
13、当晶体二极管的PN结导通后，则参加导电的是（既有少数载流子，又有多数载流子）。
14、用万用表测晶体二极管的正向电阻时，插在万用表标有+号插孔中的测试表笔（通常是红色表笔）所连接的二极管的管脚是二极管的（负）极，另一电极是（正）极。
15、面接触性晶体二极管比较适用（大功率整流）16。
晶体二极管的阳极电位是-10V，阴极电位是-5V，则晶体二极管处于（反偏）17。
用万用表欧姆档测量小功率晶体二极管性能好坏时，应把欧姆档拨到（R1K档）18。
当硅晶体二极管加上0。
3V正向电压时，该晶体管相当于（阻值很大的电阻)19。
晶体二极管加（反向）电压过大而（击穿），并且出现（烧毁）的现象称为热击穿20。
晶体二极管在反向电压小于反向击穿电压时，反向电流（极小）；当反向电压大于反向击穿电压后，反向电流会急速（增大）21、二极管的正极又称（阳）极，负极又称（阴）极。
第1章晶体二极管
PN结反偏动画演示
P区
N区
➢ PN结—单向导电特性（反偏截止）
内建电场E
PN结反偏 阻挡层变宽 内建电场增强 少子漂移>>多子扩散
P+
N
IR
lo
-+
V
IR与V 近似无关。
温度T 电流IR
பைடு நூலகம்
少子漂移形成微小的反向电流IR
PN结截止
总之：PN结正向电阻小，反向电阻大。
PN结具有单向导电特性。
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。 单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源 负极时电流可以通过。反之电流不能通过。 符号：
➢ PN结——伏安特性方程式
PN结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：
V
I IS (eVT 1)
V
正偏时：I ISeVT V反>偏>时VT： I IS V<0
其中：
热电压 VT
kT q
26mV（室温）
IS为反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但 受温度影响很大。
PN结的数学模型中的参数说明：
半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。 硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型：
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电 子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。
惯性核
+14 2 8 4
+32 2 8 18 4
+4
价电子
硅和锗共价键结构示意图：
共价键
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章晶体二极管及其基本电路
第1章 晶体二极管及其基本电路
＋4
＋4
＋4
空位
＋4
＋3
＋4
受主 原子
＋4
＋4
＋4
图1–5 P型半导体原子结构示意图
第1章 晶体二极管及其基本电路
三、杂质半导体的载流子浓度
在以上两种杂质半导体中，尽管掺入的杂质浓度 很小，但通常由杂质原子提供的载流子数却远大于本 征载流子数。
杂质半导体中的少子浓度，因掺杂不同，会随多 子浓度的变化而变化。在热平衡下，两者之间有如下 关系：多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载 流子浓度值ni的平方。即对N型半导体，多子nn与少子 pn有
第1章 晶体二极管及其基本电路
由式(1–4)可知，加正向电压时，u只要大于UT几 倍以上，i≈Iseu/U-T，即i随u呈指数规律变化；加反向电 压时，|u|只要大于UT几倍以上，则i≈–IS(负号表示与正 向参考电流方向相反)。因此，式(1–4)的结果与上述的 结论完全一致。由式(1–4)可画出PN结的伏安特性曲线， 如图1–11所示。图中还画出了反向电压大到一定值时， 反向电流突然增大的情况。
第1章 晶体二极管及其基本电路
空间电荷区
P
N
P
N
(a)
图1–7PN
内电场 UB
(b)
第1章 晶体二极管及其基本电路
开始时，扩散运动占优势，随着扩散运动的不断 进行，界面两侧显露出的正、负离子逐渐增多，空间 电荷区展宽，使内电场不断增强，于是漂移运动随之 增强，而扩散运动相对减弱。最后，因浓度差而产生 的扩散力被电场力所抵消，使扩散和漂移运动达到动 态平衡。这时，虽然扩散和漂移仍在不断进行，但通 过界面的净载流子数为零。平衡时，空间电荷区的宽 度一定，UB也保持一定，如图1–7(b)所示。
1-晶体二极管及其基本电路
4
1-1 半导体物理基础知识
１-１-１ 本征半导体
本征载流子浓度： • 载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越 多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电 子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状 态，使本征半导体中载流子的浓度一定。
5
1-1 半导体物理基础知识
１-１-１ 本征半导体
本征载流子浓度： 式中： ni、pi ——分别表示电子和空穴的浓度（㎝-3）； T——为热力学温度（K）； EG0为T= 0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为 1.21eV，锗为0.78eV）； k为玻尔兹曼常数（8.63×10-6V/K）； A0为与半导体材料有关的常数（硅为3.87×1016 3 3 -3 16 -3 2 ㎝ · K ， 锗为1.76×10 ㎝ · K 2）。
→内电场→多子扩散、少子漂移→最终达
到动态平衡 * 平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡，即扩 散过去多少多子，就有多少少子漂移过来
21
1-2 PN结
1-2-1 ＰＮ结的形成
说明：
*
空间电荷区（耗尽区、阻挡区、势垒区）
耗尽区 耗尽区
P＋
N
P
N＋
(a)
图1―8 不对称PN结
(b )
22
1-2 PN结
D(on)=0.3V
0 T
因此，伏安特性曲线的正向区 域分成趋势明显不同的两段。 图1-11 PN结的伏安特性
29
1-2 PN结
1-2-2 ＰＮ结的单向导电特性 PN结电流方程 当反向电压超过一定值后，
i |u| 稍有增加时，反向电流急
剧增大，这种现象称为PN
结反向击穿，该击穿电压阈
-U(BR)
值用 U 表示。 ( BR ) u 0 因此，伏安特性曲线的反 向区域也分成趋势明显不 同的两段。 PN结的伏安特性 注意！ 击穿＝损坏
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+4
原子在空间排列成规则的晶格。
+4
+4
+4
晶体中的价电子与共价键
共价键Covalent bond
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2. 本征半导体(intrinsic semiconductors)
纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。
在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在热力学温度零度（即T = 0K，在绝对零度(-273℃)时） 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 晶体中不存在能够导电的载流子， 半导体不能导电，如同绝缘体一样。
+E U R
-
外电场削弱了内电场有利于扩 散运动，不利于漂移运动。
内电场 外电场
Uho - U
PN结处于正向导通(on)状态，正向等效电阻较小。
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☻ 加反向电压
称为反向接法或反向偏置 （简称反偏）
空间电荷区
- - - - + + ++ - - - - ++++
反向 电流
I
外电场增强了内电场有利于漂 移运动，不利于扩散运动。
+4
多数
载流
子
P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。
3价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子
的作用，所以称为受主原子。
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总结 在杂质半导体中：
杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，
多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；
而少数载流子的浓度主要取决于温度。
杂质半导体的优点：
第一节 半导体的特性
本征半导体 杂质半导体
下页 总目录
一、本征半导体(intrinsic semiconductors)
1. 半导体(semiconductor) 半导体的定义：
将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为半导体。
大多数半导体器件所
价
+4
+4
+4
用主要材料是硅和锗
电
子
+4
+4
在硅(或锗)的晶体中,
上页 下页 首页
本征半导体中的载流子 如果温度升高，
少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。
在原来的共价键位置 留下一个空位，
称之为空穴。
+4
+4
+4
带正电的空穴
hole
+4
+4
+4
带负电的自由电子
Free electron
+4
+4
+4
上页 下页 首页
半导体中存在两种载流子：
带负电的自由电子和带正电的空穴。
+4
+4
+4
空位为电中性。
+4
+3
+4
空位
+4
+4
+4
上页 下页 首页
硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，
少数
载流
杂质原子成为负离子，
子
+4
+4
+4
硅原子的共价键中产生一个空穴。
在室温下仍有电子-空穴 对的产生和复合。
+4
+3
+4
空穴
在这种杂质半导体中，空
穴的浓度远高于自由电子 的浓度。
+4
+4
掺入不同性质、不同浓度的杂质，
并使P型半导体和N型半导体以不同方式组合，
可以制造出形形色色、品种繁多、
用途各异的半导体器件。
上页 首页
第二节 半导体二极管
PN结及其单向导电性 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 稳压管
下页 总目录
一、PN结及其单向导电性
1. PN结中载流子的运动
又称耗尽层，即PN结。
共价键时多余一个电子。
+4
这个电子只受自身原子核吸引，
在室温下可成为自由电子。
ห้องสมุดไป่ตู้+4
自由电子
+4
+4
+5
+4
+4
+4
上页 下页 首页
失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，
并带有正电荷，称为正离子。
在这种杂质半导体中，
+4
+4
+4
电子的浓度大大高于空穴的浓度。
因主要依靠电子导电，
+4
+5
+4
故称为电子型半导体。
称为本征激发。
空穴的出现是半导体的特点
二、 杂质半导体
在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体。
1. N型（或电子型）半导体 (N-type semiconductor) 在4价的硅或锗中掺入少量的5价杂质元素，
则原来晶格中的某些硅原子将被 +4 杂质原子代替。
杂质原子与周围四个硅原子组成
漂移
内电场又称阻挡层，阻止扩散 运动，却有利于漂移运动。
最终扩散(diffusion)运动与 漂移(drift)运动达到动态平 衡，PN结中总电流为零。
- - - - + +++ - - - - ++++ - - - - ++++
空间电荷区 扩散
- - - - + + ++ - - - - ++ ++ - - - - ++++
一定温度下， E 超过某 一值后 I 饱和，称为反 向饱和电流 IS 。
- - - - ++++
-E
U R
+
内电场 外电场
Uho + U
IS 对温度十分敏感。 反向电流非常小，PN结处于截止(cut-off)状态。
动画
结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。
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二、二极管的伏安特性
对应P区
阳极从P区引出，阴极从N区引出。
1. 二极管的类型
阳极
anode
从材料分：硅二极管和锗二极管。
cathode
阴极 对应N区
从管子的结构分：
二极管的符号
点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，
适用于检波和小功率的整流电路。
面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下 工作，可用于整流。
多数载流子
+4
Majority carrier
5价的杂质原子可以提供电子，所以称 为施主原子。
+4
+4
少数载流子 Minority carrier
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2. P型半导体(P-type semiconductor)
在硅或锗晶体中掺入少量的3价杂质元素，
当它与周围的硅原子组成共价键时，
将缺少一个价电子， 产生了一个空位。
内电场 Uho
硅约为（0.6~0.8）V 锗约为（0.2~0.3）V
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2. PN结的单向导电性 ☻ 加正向电压
正向电流
称为正向接法或正向偏置 （简称正偏）forward bias
空间电 荷区变
窄
耗尽层
I - - - - + + ++ - - - - ++ ++
- - - - ++++
在本征半导体中， 两种载流子总是成对出现
+4
+4
+4
称为 电子 – 空穴对 两种载流子浓度相等
+4
+4
+4
电子-空穴对
+4
+4
+4
在一定温度下电子 - 空穴对的
产生和复合达到动态平衡。
本征载流子的浓度对温度十分敏感
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半导体中的载流子——
在绝对零度(-273℃)时，所有价电子都被束缚在 共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导 电。当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。 其中获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价键 的束缚离开原子而成为自由电子。与此同时在共价键 内留下了与自由电子数目相同的空位，
原子在空间排列成规则的晶格。
+4
+4
+4
晶体中的价电子与共价键
共价键Covalent bond
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2. 本征半导体(intrinsic semiconductors)
纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。
在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强， 在热力学温度零度（即T = 0K，在绝对零度(-273℃)时） 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚， 晶体中不存在能够导电的载流子， 半导体不能导电，如同绝缘体一样。
+E U R
-
外电场削弱了内电场有利于扩 散运动，不利于漂移运动。
内电场 外电场
Uho - U
PN结处于正向导通(on)状态，正向等效电阻较小。
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☻ 加反向电压
称为反向接法或反向偏置 （简称反偏）
空间电荷区
- - - - + + ++ - - - - ++++
反向 电流
I
外电场增强了内电场有利于漂 移运动，不利于扩散运动。
+4
多数
载流
子
P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。
3价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子
的作用，所以称为受主原子。
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总结 在杂质半导体中：
杂质浓度不应破坏半导体的晶体结构，
多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；
而少数载流子的浓度主要取决于温度。
杂质半导体的优点：
第一节 半导体的特性
本征半导体 杂质半导体
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一、本征半导体(intrinsic semiconductors)
1. 半导体(semiconductor) 半导体的定义：
将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为半导体。
大多数半导体器件所
价
+4
+4
+4
用主要材料是硅和锗
电
子
+4
+4
在硅(或锗)的晶体中,
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本征半导体中的载流子 如果温度升高，
少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。
在原来的共价键位置 留下一个空位，
称之为空穴。
+4
+4
+4
带正电的空穴
hole
+4
+4
+4
带负电的自由电子
Free electron
+4
+4
+4
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半导体中存在两种载流子：
带负电的自由电子和带正电的空穴。
+4
+4
+4
空位为电中性。
+4
+3
+4
空位
+4
+4
+4
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硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，
少数
载流
杂质原子成为负离子，
子
+4
+4
+4
硅原子的共价键中产生一个空穴。
在室温下仍有电子-空穴 对的产生和复合。
+4
+3
+4
空穴
在这种杂质半导体中，空
穴的浓度远高于自由电子 的浓度。
+4
+4
掺入不同性质、不同浓度的杂质，
并使P型半导体和N型半导体以不同方式组合，
可以制造出形形色色、品种繁多、
用途各异的半导体器件。
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第二节 半导体二极管
PN结及其单向导电性 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 稳压管
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一、PN结及其单向导电性
1. PN结中载流子的运动
又称耗尽层，即PN结。
共价键时多余一个电子。
+4
这个电子只受自身原子核吸引，
在室温下可成为自由电子。
ห้องสมุดไป่ตู้+4
自由电子
+4
+4
+5
+4
+4
+4
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失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，
并带有正电荷，称为正离子。
在这种杂质半导体中，
+4
+4
+4
电子的浓度大大高于空穴的浓度。
因主要依靠电子导电，
+4
+5
+4
故称为电子型半导体。
称为本征激发。
空穴的出现是半导体的特点
二、 杂质半导体
在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体。
1. N型（或电子型）半导体 (N-type semiconductor) 在4价的硅或锗中掺入少量的5价杂质元素，
则原来晶格中的某些硅原子将被 +4 杂质原子代替。
杂质原子与周围四个硅原子组成
漂移
内电场又称阻挡层，阻止扩散 运动，却有利于漂移运动。
最终扩散(diffusion)运动与 漂移(drift)运动达到动态平 衡，PN结中总电流为零。
- - - - + +++ - - - - ++++ - - - - ++++
空间电荷区 扩散
- - - - + + ++ - - - - ++ ++ - - - - ++++
一定温度下， E 超过某 一值后 I 饱和，称为反 向饱和电流 IS 。
- - - - ++++
-E
U R
+
内电场 外电场
Uho + U
IS 对温度十分敏感。 反向电流非常小，PN结处于截止(cut-off)状态。
动画
结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。
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二、二极管的伏安特性
对应P区
阳极从P区引出，阴极从N区引出。
1. 二极管的类型
阳极
anode
从材料分：硅二极管和锗二极管。
cathode
阴极 对应N区
从管子的结构分：
二极管的符号
点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，
适用于检波和小功率的整流电路。
面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下 工作，可用于整流。
多数载流子
+4
Majority carrier
5价的杂质原子可以提供电子，所以称 为施主原子。
+4
+4
少数载流子 Minority carrier
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2. P型半导体(P-type semiconductor)
在硅或锗晶体中掺入少量的3价杂质元素，
当它与周围的硅原子组成共价键时，
将缺少一个价电子， 产生了一个空位。
内电场 Uho
硅约为（0.6~0.8）V 锗约为（0.2~0.3）V
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2. PN结的单向导电性 ☻ 加正向电压
正向电流
称为正向接法或正向偏置 （简称正偏）forward bias
空间电 荷区变
窄
耗尽层
I - - - - + + ++ - - - - ++ ++
- - - - ++++
在本征半导体中， 两种载流子总是成对出现
+4
+4
+4
称为 电子 – 空穴对 两种载流子浓度相等
+4
+4
+4
电子-空穴对
+4
+4
+4
在一定温度下电子 - 空穴对的
产生和复合达到动态平衡。
本征载流子的浓度对温度十分敏感
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半导体中的载流子——
在绝对零度(-273℃)时，所有价电子都被束缚在 共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导 电。当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。 其中获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价键 的束缚离开原子而成为自由电子。与此同时在共价键 内留下了与自由电子数目相同的空位，