模拟电路0102 第一讲 半导体-二极管伏安特性ppt课件

PN结：通过掺杂工艺，把本征硅（或锗）片的一 边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，并且 保持晶格的连续性，在它们的交界面处形成一个 很薄的特殊物理层。
扩散运动：由于存在浓度差引起的载流子从高浓 度区域向低浓度区域的运动。
扩散电流：扩散运动所形成的电流。 PN结的形成动画
空间电荷区（耗尽层、阻挡层）：在交界面附 近出现的带电离子集中的薄层。
绝缘体：不导电的物质，如塑料、陶瓷、石 英、橡胶等。
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物 质。常用的有硅(Si)、锗(Ge)、砷化 镓(GaAs)等。电阻率10-3-109Ωcm
...
1.1.2 本征半导体
本征半导体：纯净且晶格方向一致的半导
体晶体.。....+....14...硅.和.锗原子结.构.图.......+....3.2......
热平衡条件（质量作用定律）：两种热平衡 载流子浓度的乘积恒等于本征载流子浓度的 平方：
n p ni2
电中性条件：假设在室温时杂质原子已全部 电离，则带负电的自由电子浓度恒等于带正 电的施主杂质离子和空穴浓度之和：
npNdNd
通常满足 Nd p 时：
(pn2/N)
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漂移电流:漂移运动所形成的电流。
动态平衡:从P区中扩散到N区中的空穴数与从N 区中漂移到P区中的空穴数相等，从N区中扩散 到P区中的电子数与从P区中漂移到N区中的电 子数相等。
接触电位差 U : 达到动态平衡后的PN结，内建 电场的方向由N区指向P区，N区与P区的电位差：
U U Tln pP ni2 nn U Tln N an i2 N d
空穴的浓度近似等于受主杂质的浓度， 与温度无关。
电子的浓度与受主杂质的浓度成反比， 且随温度的升高而迅速增大。
1.2 PN结与半导体二极管
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的电容特性 半导体二极管及其参数 二极管的电路模型
1.2.1 PN结的形成
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1.N型半导体
掺入微量的五价元素（如磷）所形成的N型杂质半导体：
. . . . . + 4
+4
+4
施主
. . . . . 原 子
+4
+5
+4
+4
+4
.+ 4
. . .
总的自由电子数远远大于空穴数
多少数数载载流 流子 子（ （多 少子子图））：：1 .自空1 由穴. 4电。子。
。。。。。。。。. . 。。。。。。。。. . 。。。。。。。。. .
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质 离子，右半部是带正电的杂质离子，从而在空 间电荷区中就形成了一个由N区指向P区的内建 电场。
漂移运动：在内电场的作用下，空穴向P区漂 移，电子向N区漂移，载流子在电场作用下的 这种运动。
锗
ni pi 2.51103 /cm 3
两种半导体导电性能都很弱
1.1.3 杂质半导体
杂质：掺入的元素。 杂质半导体：掺杂后的半导体。 受主杂质：掺入的三价元素。 空穴型(或称P型)半导体：掺杂受主杂质后的 半导体。 施主杂质：掺入的五价元素。 电子型(或称N型)半导体：掺杂施主杂质后的 半导体。
...
..
自由电子 T30K 0 ：共价键中的电子，由于受到其原子核的吸 引，是不能在晶体中自由移动的，只有获得足够的能 量后才能挣脱共价键的束缚。
本征激发 ：在有外界激发的情况下,例如常温（ T30K 0
）下，少数价电子获得一定的能量，挣脱共价键的束 缚成为自由电子的现象。
.. .. .
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电子与空穴电荷量相等，极性相反。
自由电子和空穴的复合 ： 在自由电子和空 穴的产生过程中，自由电子在热骚动过程中和空 穴相遇而释放能量，电子—空穴对消失。
动态平衡：
ni pi
它们与温度T的关系：
3 Eg0
ni(T)pi(T)AT2e2kT
在常温下( T30K 0)， 硅
ni pi 1.4 31100 /cm 3
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 半导体三极管 1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体： 容易导电的物质，如铜、铝、铁、银 等。
对称结: 当P区和N区杂质浓度相等时，PN结的负 离子区和正离子区的宽度也相等；
空间电荷区任一侧的宽度与该侧掺杂浓度成 反比，空间电荷区主要向低掺杂一侧扩展。
l.2.2 PN结的单向导电性
1.PN结外加正向电压
PN结外加正向电压（正向偏置）：将PN结的P区接电源 正极，N区接电源负极。
PN结正向偏置时，空间电荷区的宽度减小，
空穴 ： 价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，
.. .
就在+ 原4 .来.共+ 4价. 键. 的+ 4 位. 置上留下的一个空位。
. . . . . 空 穴
+4
+4
自由 电子
+4
..
+4
+4
.+ 4
.. .. . . .
. . .
图 1 .1 .3
本征半导体中存在两种载流子：自由电子和 空穴。
电子－空穴对 ： 在本征半导体中，自由电 子和空穴是成对出现的，有一个自由电子，必定 有一个空穴。
2.P型半导体
掺入微量的三价元素（硼）所形成的P型杂质半导体:
. . . . . + 4. 原 子
+4
+3
+4
+4
. 空 穴
+4
+4
. . .
多数载流子（多子图）:1空. 穴1 .。5
少数载流子（少子）:电子。
P型半导体中电子浓度n和空穴浓度p：
n• pni2
pnNaNa
两侧的离子电荷量减小，多子扩散运动大大增 强而少子漂移运动进一步减弱。