晶体二极管ppt

( 电位 加正偏 压时的 耗尽层 未加偏压时 的电位分布
V B-V
合成电场
VB (
V
2、反向特性（反向偏置） 外电压与内电场方向相同 →PN结电位差↑→PN结宽 度↑→总电场↑→破坏原来的 平衡→阻止扩散，加剧漂移 →形成非常小的反向电流 （不计）IS：反向饱和电流， 几乎与外加电压大小无关 硅 IS≈（10
第一章 晶体二极管(Diode)
内容： 1、简单讨论半导体的特性（熟悉常用术语） 2、二极管特性——模型分析法（分段线性模型）
应用电路
正极
positive
P
N
负极
negative
整 流
稳 压
限 幅
正极
(a ) 负极 (b )
1.1 半导体物理基础知识
硅（Si） 锗（Ge） 砷化镓（GaAs）
＋14
VT
（或V＞100mV）上式简化为：
I ISe
②反偏且
V VT
V VT
时， I
I S
工程上定义：导通电压 用VD(on)表示，认为V> VD(on)时，PN结正向 导通，I有明显数值，而V<VD(on)时，I很小，PN结截止。 硅PN结：VD(on)=0.7V 锗PN结：VD(on)=0.25V 4、温度特性
二、PN结的伏安特性
PN结在不同的运用状态下表现的特性不同，掌握这些特性是理 解和使用晶体二极管、三极管的重要依据。 1、正向特性（正向偏置） 外电压与内电场方向相反 →PN结电位差↓→PN结 宽度↓→总电场↓→破坏原 来的平衡→扩散加剧，漂 移减弱→形成较大的正向 电流
P区
R
+
V
N区
未加偏压时 的耗尽层
+4
受主杂质（Acceptor）
2、P型半导体
掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。 p0=Na+n0≈Na 多数载流子（多子）：空穴
（Na＞＞ni）
少数载流子（少子）：电子
+4
+4
空穴
硼 原 +3 子
结论：①多子的浓度由杂质 浓度决定； ②少子的浓度与温度有关； ③半导体器件温度特性差的 根源
2、热平衡载流子浓度ni
T一定时，本征激发和复合达到动态平衡，此时载流子浓度ni是 一定的。 ni=p0 =n0 p0 热平衡空穴浓度 n0 热平衡电子浓度
ni是温度的函数。T↑→ni↑↑ 在室温（T=300K）时，硅的 ni≈1.5×10 10cm -3，锗的 ni≈2.4×10 13cm -3 硅的原子密度为4.96×1022 cm -3 ，ni仅 为三万亿分之一。
问题：本征半导体导电能力很低。
二、杂质半导体（Doped Semiconductor）
掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。 1、N型半导体 掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。 多数载流子（多子）：电子 少数载流子（少子）：空穴 n0p0=ni2 n0=Nd+p0≈Nd
+4
+4
-9~10 -16）A
-
+
R
( 未加偏压 时耗尽层 加反偏压时耗尽层 V B +V
电位
(
VB
合成电场
锗 IS≈（10 -6 ~10 -8）A
IS是温度敏感的参数
T↑→ IS↑
PN反向运用
3、伏安特性 根据理论分析,二极管的电流与端电压存在如下关系:
I I S (e 1)
①正偏且 V
V VT
i T
T↑→少子↑→IS↑→正向电流↑
目标：增加载流子（增加导电能力） 主线：本征半导体 ni=p0 =n0 杂质半导体
P型：多空穴p0≈Na
N型：多电子n0≈Nd
1.2
P区
PN结（半导体器件最基本单元）
N区 (a)
一、PN结形成
一边是P型半导体，一边是N型半导体， 交界面处形成的特殊结构——PN结 载流子浓度差很大→多子扩散运动（ID） →交界面处形成空间电荷区（PN结）→ 内电场→阻止多子扩散运动，少子产生漂 移运动（IT方向与ID相反）→达到动态平 衡（ID = IT）总电流为零→PN结宽度一定 内建电位差VB
自 由 电 子
+4
+4
n0=Nd+p0≈Nd
磷 原 +5 子
+4
（Nd＞＞ni）
施主杂质（Donor）
2、P型半导体
掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。 p0=Na+n0≈Na 多数载流子（多子）：空穴
（Na＞＞ni）
少数载流子（少子）：电子
+4
+4
硼 原 +3 子
结论：①多子的浓度由杂质 浓度决定； ②少子的浓度与温度有关； ③半导体器件温度特性差的 根源
磷 原 +5 子
多 余 电 子
+4
（Nd＞＞ni）
施主杂质（Donor）
二、杂质半导体（Doped Semiconductor）
掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。 1、N型半导体 掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。 多数载流子（多子）：电子 少数载流子（少子）：空穴 n0p0=ni2
+4
受主杂质（Acceptor）
三、漂移和扩散（两种导电机理）
1、漂移运动：载流子在电场的作用下的定向运动。由此产 生的电流——漂移电流（Drift Current）
2、扩散运动：由于载流子浓度分布不均匀而产生的运动。
相应产生的电流——扩散电流（Diffusion Current） 小结：
关键词：载流子
＋4
＋4
(a ) 原子晶阵四面体结构
(b )
硅和锗共价键结构
1、本征激发
T↑（或光照）→价电子获得能量→挣脱共价键束缚→自由 电子→共价键中留下空位（空穴）
带正电
空穴 能移动（价电子填补空位的运动） 载流子 特征：成对出现， 数目相等。
（自由）电子 本征激发→产生两种载流子 空穴
复合：本征激发逆过程（电子空穴相遇→释放能量→成对消失）
P区
耗尽层 空间电荷区
N区 (b)
ID
内建电场
IT
VB
kT VT q (c)
热电压 室温
Na Nd VB VT ln 2 ni
VT 26mV
PN (a)初始状态; (b)平衡状态; (c)电位分布
源自文库
硅 VB=0.5~0.7V 锗VB ≈0.2~0.3V T↑→VB↓(负温度系数) -2.5mV/℃
＋4
＋32 ＋4
简化模型
(a ) (b )
硅和锗的原子结构模型
一 本征半导体(Intrinsic Semiconductors) 完全纯净,结构完整的半导体晶体。 T=0K（–273℃），本征半导体中没有可移动的带电粒子（载 流子），不能导电，相当于绝缘体。
共价键 共价键中的 两个电子
＋4
＋4
价电子 A