模电课件第二章2
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因浓度差
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
2.2.2 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为 加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
(1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/mA 1.0
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
小结：
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。
2.2.2 PN结的单向导电性
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷） 的半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
1. N型半导体
因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
2.1.1 半导体材料
一、物体的导电特性 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分
导体、绝缘体和半导体。 半导体：介于导体与绝缘体之间，如：
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
Hale Waihona Puke Baidu
二、半导体的特点
1、光敏性和热敏性: 2、掺杂性：
2.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
图2.2.1 PN结的形成
PN结的形成
P区
N区
内电场阻碍多子向对方的扩散 即阻碍扩散运动 同时促进少子向对方漂移 即促进了漂移运动
扩散运动
载流子从浓度大向浓度小 的区域扩散,称扩散运动 形成的电流成为扩散电流
扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡
内电场 3
在对一于块P本型征半半导导体体和在N两型侧半通导过体扩结散合不面同，的离杂 质子,分薄别层形形成成N的型空半间导电体荷和区P型称半为导PN体结。。此时将在 N型半导在体空和间P电型荷半区导，体由的于结缺合少面多上子形，成所如以下也物 理称过耗程尽: 层。
(c)平面型
往往用于集成电路制造 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(4) 二极管的代表符号
阳极 a
k 阴极
(d) 代表符号
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
2.3.2 二极管的伏安特性
二极管的伏安特性曲线可用下式表示
iD IS (evD /VT 1)
(3) PN结V- I 特性表达式
iD IS (evD /VT 1)
其中 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
iD/mA 1.0
0.5 iD=– IS
–1.0
–0.5
0
0.5
且在常温下（T=300K）
VT
kT q
0.026V
26mV
PN结的伏安特性
1.0 D/V
2.2.3 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
iD
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反向
击穿。
热击穿——不可逆
VBR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数
2.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
管。二极管按结构分有点接触型PN、结面面接积触小型，结和电平
面型三大类。
容小，用于检波和变频等
高频电路。
(1) 点接触型二极管
二极管的结构示意图
(a)点接触型
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
P N P 型支持衬底
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
2.2 PN 结的形成及特性
2.2.1 PN结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2.3 PN结的反向击穿 2.2.4 PN结的电容效应
2.2.1 PN结的形成
2.1.3 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。
空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 依次填充空穴来实现的。
空穴的移动
2.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。
R
iD
+
vD
-
iD/mA
20
15
VBR
40
10 Vth
5
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 死区 20
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
2. P型半导体
因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺 杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
在2一.2定.2的P温N度结条件的下单，向由本导征电激性发决定的
少当子外浓加度电是压一使定PN的结，中故P区少的子电形位成高的于漂N移区电的流电是位，称为 加正恒向定电的压，基简本称上正与偏所；加反反之向称电为压加的反大向小电无压关，，简称反偏。 (2) P这N结个加电反流向也电称压为时反向饱和电流。
重点难点
重点：晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程。 难点：1.两种载流子
2.PN结的形成 3.单向导电性 4.载流子的运动
2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结的形成及特性 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及其分析方法 2.5 特殊二极管
2.1 半导体的基本知识
2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
2.2.2 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为 加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
(1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/mA 1.0
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
小结：
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。
2.2.2 PN结的单向导电性
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷） 的半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
1. N型半导体
因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
2.1.1 半导体材料
一、物体的导电特性 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分
导体、绝缘体和半导体。 半导体：介于导体与绝缘体之间，如：
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
Hale Waihona Puke Baidu
二、半导体的特点
1、光敏性和热敏性: 2、掺杂性：
2.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
图2.2.1 PN结的形成
PN结的形成
P区
N区
内电场阻碍多子向对方的扩散 即阻碍扩散运动 同时促进少子向对方漂移 即促进了漂移运动
扩散运动
载流子从浓度大向浓度小 的区域扩散,称扩散运动 形成的电流成为扩散电流
扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡
内电场 3
在对一于块P本型征半半导导体体和在N两型侧半通导过体扩结散合不面同，的离杂 质子,分薄别层形形成成N的型空半间导电体荷和区P型称半为导PN体结。。此时将在 N型半导在体空和间P电型荷半区导，体由的于结缺合少面多上子形，成所如以下也物 理称过耗程尽: 层。
(c)平面型
往往用于集成电路制造 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(4) 二极管的代表符号
阳极 a
k 阴极
(d) 代表符号
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
2.3.2 二极管的伏安特性
二极管的伏安特性曲线可用下式表示
iD IS (evD /VT 1)
(3) PN结V- I 特性表达式
iD IS (evD /VT 1)
其中 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
iD/mA 1.0
0.5 iD=– IS
–1.0
–0.5
0
0.5
且在常温下（T=300K）
VT
kT q
0.026V
26mV
PN结的伏安特性
1.0 D/V
2.2.3 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
iD
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反向
击穿。
热击穿——不可逆
VBR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数
2.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
管。二极管按结构分有点接触型PN、结面面接积触小型，结和电平
面型三大类。
容小，用于检波和变频等
高频电路。
(1) 点接触型二极管
二极管的结构示意图
(a)点接触型
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
P N P 型支持衬底
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
2.2 PN 结的形成及特性
2.2.1 PN结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2.3 PN结的反向击穿 2.2.4 PN结的电容效应
2.2.1 PN结的形成
2.1.3 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。
空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 依次填充空穴来实现的。
空穴的移动
2.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。
R
iD
+
vD
-
iD/mA
20
15
VBR
40
10 Vth
5
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 死区 20
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
2. P型半导体
因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺 杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
在2一.2定.2的P温N度结条件的下单，向由本导征电激性发决定的
少当子外浓加度电是压一使定PN的结，中故P区少的子电形位成高的于漂N移区电的流电是位，称为 加正恒向定电的压，基简本称上正与偏所；加反反之向称电为压加的反大向小电无压关，，简称反偏。 (2) P这N结个加电反流向也电称压为时反向饱和电流。
重点难点
重点：晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程。 难点：1.两种载流子
2.PN结的形成 3.单向导电性 4.载流子的运动
2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结的形成及特性 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及其分析方法 2.5 特殊二极管
2.1 半导体的基本知识
2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体