模电全套

P
空间电荷区
N
内电场方向
外电场方向
V
R
外电场与内电
场方向相同
耗尽区变宽，
内电场增强
IS
阻止扩散运动， 扩散电流和漂
移电流均很小
反向电流很
小。
当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等 于零，PN 结处于截止状态。
3. PN结伏安特性的表达式
iD IS evD nVT 1
IS ：反向饱和电流； n：发射系数，其值在12之间；
VT ：温度的电压当量，在常温 (300 K)下，VT26mV。
当 PN 结两端加正向偏置时，电压vD为正值，当vD比 nVT大几倍时，二极管的电流iD与电压vD成指数关系。
vD
iD ISe nVT
当 PN 结两端加反向偏置时，电压vD为负值，当|vD|比 nVT大几倍时，二极管的电流iD是个常数。
杂质半导体有N型和P型两大类。
1. P型半导体
空穴
+3 受主 原子
在硅或锗的晶体中 掺入少量的3价杂质 元素，如硼、镓、铟 等，即构成P型半导 体。
3价杂质原子称为 受主原子。
2. N型半导体
在硅或锗的晶体 中掺入少量的5价杂 质元素，如磷、锑、 砷等，即构成N型半 导体。
施主原子
5价杂质原子称为 施主原子。
3.1.2 半导体的共价键结构
硅的原子结构图
价电子
最外层电子称价电子
硅晶体共价键平面结构
+4
+4
+4
价
电
共
子
价
+4
+4
+4
键
+4
+4
+4
+4源自文库
4价元素的原子常用+4电荷的正离子和周围4个价电子表示。
3.1.3 本征半导体
本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
当温度T =0K 时，半导体不导电，如同绝缘体。
3.1.1 半导体材料
1. 导体：电阻率 10-4 ·cm 的物质。如铜、银、
铝等金属材料。
2. 绝缘体：电阻率 109 ·cm 的物质。如橡胶、
塑料等。 3. 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。
半导体导电性能是由其原子结构决定的。具有热敏性、 光敏性、掺杂性。
▪ PN 结具有单向导电性。
1. PN外加正向电压
空间电荷区
P
N
内电场方向
I
外电场方向
V
R
外电场与内电 场方向相反 耗尽区变窄， 内电场削弱 有利于扩散， 扩散电流远大 于漂移电流 正向电流很大。
当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电 流，PN 结处于导通状态。
2. PN外加反向电压
4.漂移运动
内电场有利于少子运动——漂移。
阻挡层
P 空间电荷区
N
内电场 vD
少子的运动与多子运动方向相反
5. 扩散与漂移的动态平衡
扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着 内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零， 空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达 到动态平衡。
要求
熟练掌握二极管及稳压管的特性、参数，二极管基本 电路及分析方法；正确理解PN结单向导电性能，PN结 方程，PN结电容，载流子的浓度、扩散、漂移、PN结 的形成；了解选管原则，二极管在模拟电路中的主要应 用。
3.1 半导体的基本知识
3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体
iD IS
4. PN结的伏安特性
▪ 在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流， I=f(U)之间的关系曲线。
空间电荷区的宽度约为几微米∼几十微米；
电压 vD，硅材料约为（0.6∼0.8）V,
锗材料约为（0.2∼0.3）V。
3.2.3 PN结的单向导电性
▪ 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向 电流， PN 结处于导通状态；
▪ 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎 等于零， PN 结处于截止状态。
T
+4
+4
空穴
+4
+4
+4 自由电子
+4
+4
+4
+4
由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的 复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流 子的浓度就一定了。载流子的浓度与温度密切相关，它随着 温度的升高，基本按指数规律增加。
3.1.4 杂质半导体
杂质半导体是在本征半导体中掺入微量的杂质所形成 的半导体。
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成 了一个特殊的薄层，称为 PN 结。
P
PN结
N
1. 扩散运动
电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。
P
N
2.扩散运动形成空间电荷区 ——耗尽层。
耗尽层
P
空间电荷区 N
3.空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差vD——内电场；内电场 阻止多子的扩散——阻挡层。
3.2 PN结的形成及特性
3.2.1 载流子的漂移与扩散 3.2.2 PN结的形成 3.2.3 PN结的单向导电性 3.2.4 PN结的反向击穿 3.2.5 PN结的电容效应
3.2.1 载流子的漂移与扩散
漂移——载流子在内电场作用下的运动。 扩散——由浓度差而产生的运动。
3.2.2 PN结的形成
3. 杂质半导体中的载流子浓度
在P（N）型半导体中，空穴（自由电子）浓度多于自 由电子（空穴）浓度，即p>>n（n>>p）。空穴（自由 电子）为多数载流子，自由电子（空穴）为少数载流子。
杂质半导体中多数载流子的浓度远大于少数载流子的浓 度，杂质半导体中的电流基本上是多数载流子的电流；
杂质半导体的导电能力远大于本征半导体的导电能力， 半导体中掺入微量的杂质可以大大提高其导电能力。
本征激发——本征半导体在热（或光照）作用下产生电 子空穴对的现象。
自由电子和空穴 载流子 复合
若T ，将有少数价电子
克服共价键的束缚成为自由 电子，在原来的共价键中留 下一个空位——空穴。
自由电子和空穴使本征 半导体具有导电能力，但很 微弱。
本征半导体中，自由 电子和空穴总是成对出现， 称为电子-空穴对。
3 二极管及其基本电路
3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管
内容
各种电子线路最重要的组成部分是半导体器件。本章 讨论半导体的特性和PN结的单向导电性，然后介绍半 导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线、主要参 数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。