第1章晶体二极管解读

2020/11/17
3
第1章 晶体二极管
锗二极管
稳压二极管
LED LD
固体放电二极管
整流二极管
2020/11/17
4
第1章 晶体二极管
1.1 半导体物理基础知识
导体：自然界中很容易导电的物质（电阻率在10-4Ω·cm以下） 称为导体，金属一般都是导体。。
绝缘体：有的物质几乎不导电（电阻率在1010Ω·cm以上）， 称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。。
恒等于本征载流子浓度值ni的平方。 n0 p0 ni2
2、满足电中性条件
2020/11/17
2
第1前章 晶言体二极管
因此，要掌握各种功能电路的工作原理、性能特点， 首先要了解各种半导体器件的外特性，掌握器件在不同条 件下的等效模型及分析方法；然后再根据外部电路提供的 条件，分析电路的功能和所能达到的性能。
本章在简要了解半导体基本知识的基础上，重点掌握 器件的外特性。熟悉三极管的各种模型，并会利用模型分 析功能电路。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间 （电阻率在10-3～109Ω·cm之间），称为半导体， 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
1.1.1 本征半导体
原子结构及简化模型
半导体的导电性能与它的原子结构有关。
2020/11/17
5
第1章 晶体二极管
元素的许多物理和化学性质都是由价电子决定的。 价电子
为多数载流子，电子为
+4
+4
+4
少数载流子。
图 1.1.5 P 型半导体
来自百度文库
2020/11/17
13
说明：
第1章 晶体二极管
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少 数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体， 因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
离自由电子
N 型半导体
自由电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少
数载流子(简称少子)。
2020/11/17
12
第1章 晶体二极管
二、 P 型半导体
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
+4
+4
+4
受主原子。
空穴
+4
+34
+4 受主
原子
空穴浓度多于电子 浓度，即 p0>>n0。空穴
2020/11/17
9
小结
第1章 晶体二极管
带负电的自由电子
1. 本征半导体中两种载流子
带正电的空穴
2. 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，故有n0 = p0 即ni2 = n0 p0 。
3. 本征半导体的载流子浓度对温度非常敏感，因此，半 导体器件的工作易受温度影响。
+s1i4
G+3e2
+44
惯性核
Si原子
Ge原子
2020/11/17
6
第1章 晶体二极管
一、本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导
体称为本征半导体。
+4
+4
+4
将硅或锗材料提纯便
价
形成单晶体，它的原 共
价
子结构为共价键结构。 键
+4
+4
电 子
+4
当温度 T = 0 K 时， 半导体不导电，如同 绝缘体。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
2020/11/17
11
第1章 晶体二极管
在室温下杂质原子电离
+4
+4
+4
为一价正离子，但不是载流
自由电子
子。能施放自由电子的杂质
称为施主杂质。
+4
+45
+4
自由电子浓度远大于空
施主原子
穴的浓度，即 n0 >> p0 。
+4
图 1.1.4
+4
+4
包括本征激发
自由电子和电
浓度ni，即有ni2 = n0 p0 。
3 Eg0
本征半导体中载流子的热平衡浓度值： ni AT 2e 2kT
本征半导体中载流子的浓度取决于禁带宽度Eg0和温度T。
T=300 K时，本征硅的载流子浓度: ni = 1.5×1010cm-3， 本征锗的载流子浓度: ni = 2.4×1013cm-3；当温度每升高11℃ ，本征硅的增加一倍，温度第升高12℃，本征锗的增加一倍。
2020/11/17
+4
+4
+4
图 1.1.2 本征半导体结构示意图
7
第1章 晶体二极管
二、本征激发和复合
若T，将有少数价电
T
子克服共价键的束缚成为
自由电子，在原来的共价 +4
+4
+4
键中留下一个空位——空
穴。这种现象称为本征 （热）自激由发电。子 和 空 穴 使 本 征半导体具有导电能力，
空穴
+4
4. ni相对于原子密度只有三万亿分之一，因此，本征半 导体的导电能力很微弱。
鉴于以上两缺点，本征半导体不宜直接用于制造半导体 器件。
2020/11/17
10
第1章 晶体二极管
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
一、 N 型半导体(Negative)
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(或称电子型 半导体)。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法
2020/11/17
14
第1章 晶体二极管
三、 多子和少子热平衡浓度
N型杂质半导体中多子与少子之间的定量关系服从 两个关系式：
1、满足相应的热平衡条件 当温度一定时，两种载流子的热平衡浓度值的相乘积
第1章 晶体二极管
第1章 晶体二极管
1.1 半导体物理基础知识 1.2 PN结 1.3 晶体二极管电路的分析方法 1.4 晶体二极管的应用 1.5 其他二极管*
2020/11/17
1
第1前章 晶言体二极管
无论何种用途的电子系统，均由各种功能的电子线路组 成。电子线路是指有电子器件、并能对电信号实现某种功 能处理的电路，它由电子器件加外围电路构成。常用的电 子器件有：晶体（半导体）二极管、三极管、场效应管、 集成电路等。外围电路主要由直流电源、电阻、电容以及 集成电路中常用的电流源电路等组合而成。不同半导体器 件具有不同的特性。而同一种半导体器件，当外围电路提 供不同条件时，电路又会呈现不同的功能。
+4
自由电子 +4
但很微弱。
+4
+4
+4
空穴可看成带正电的
载流子，半导体中有两种 载流子。
图 1.1.2 本征半导体中的 自由电子和空穴
2020/11/17
8
第1章 晶体二极管
三、热平衡载流子浓度
本征激发
复合
当温度不变时，达到动态平衡，即热平衡
在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且
自由电子浓度n0与空穴的浓度p0相等，它们统称为本征载流子