(二极管及其应用)

内电场 E
-
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EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电荷区
N
在一定的温度－ 下－ － － + + + +
，由本征激发产－生的－ － － + + + +
少子浓度是一定的，
半导体二极管及其基本应用电路
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1
学习要点
半导体的基本知识 半导体二极管的特性及参数 半导体二极管模型
二极管的应用
特殊二极管
二极管的检测方法
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1 半导体二极管 一、半导体的基本知识
物质按导电能力强弱不同可分为导体、绝缘体和半 导体三大类。
什么是半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质 目前制造半导体器件用得最多的是硅和锗两种材料
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二、半导体二极管
二极管的结构、图形符号和型号
（1）结构和图形符号
PN结
管壳
a)
b)
图3 二极管的结构和图形符号
a)结构 b)图形符号
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图4 几种常见二极管的外形
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20
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三、二极管的伏安特性
加在二极管两端的电压与通过二极管电流之间的关系称为二极管的伏 安特性 ，可用曲线表示。
图5 二极- 管的伏安特性
2.半导体的导电特性
（1）热敏特性
（2）光敏特性
（3）掺杂特性
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3
半导体材料具有以下一些独特的导电特性：
（1） 杂敏性
在纯净的半导体材料中掺入某种微量的元素(如硼和磷等) 后，其导电能力将猛增几万倍甚至百万倍。
（2）光敏性
有的半导体材料在无光照时电阻率很高，而一旦受到光线 照射后电阻率即显著下降。
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
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5. PN结的形成
P型半导体 － － －－ － － －－ － － －－
N型半导体 ++ ++ ++ ++ ++ ++
图 5 载流子的扩散 图- 6 PN 结的形成 14
6. PN结的单向导电性
PN结电阻很小
发光
不发光
PN结电阻很大
a)
b)
图2 PN结单向导电性实验电路 a)PN结加正向电压 b) PN结加反向电压
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
+4 +4
－ － －－ 受主离子
多数载流子—— 空穴 少数- 载流子——自由电子 12
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
少子—电子
少子—空穴
（1）N型半导体（电子型半导体）
在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ) 多余电子， 自由电子 成为自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+45
+45
+4
+4
+4
+4
+4
-
返9回
N型半导体
硅原子
+4
多余电子
+4
磷原子
+4
电子空穴对 自由电子
+4 +4
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
-
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PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
（3） 热敏性
所谓热敏性是指半导体的电导率随温度升高(例如受热辐 射)而显著增大的特性，即温度升高其导电能力大大加强。 温度对半导体材料的导电性能影响很大。
-
4
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
＋14
＋4
＋32 ＋4
(a)
(b)
图1 原子结构示意 图 (a)硅 (b)锗
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（1）正向特性
指二极管加正向电压（二极管正极接高电位，负极接低电位）时的特性。
当正向电压小于某一数值（该电压称为“死区电压”或“门坎电 压”，硅管为0.5V，锗管为0.2V）时，通过二极管的电流很小几乎为零。 当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高而明显的增加，此时二 极管进入导通状态。二极管导通后二极管两端的电压几乎不随电流的大 小而变化，此时二极管两端电压称为导通管压降，用UT表示，硅管为 0.7V，锗管为0.3V。
++ + +
多数载流子——自由电子
少数载流子—— 空穴
-
施主离子
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（2） P型半导体（空穴型半导体）
在本征半导体中掺入三价的元素（硼）
空穴
空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+43
+43
+4
+4
+4
+4
+4
-
返11 回
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼wk.baidu.com子
+4
本征激发
+4 空穴 +4
+4
+4
+4 +4
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4 +4
动画1
自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，
这个空位为空穴。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电
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子空穴对。
返回
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。
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5
图2 本征半导体- 的共价键结构
6
本征半导体中的两种载流子——电子和空穴
载流子——可以自由移动的带电粒子。 电导率——与材料单位体积中所含载流子数
有关，载流子浓度越高，电导率越高。
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电子空穴对
当T=0K和无外界激发时，导体中没有栽流子，不导电。当 温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子 可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子——本 证激发。
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注意：
二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正 向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。
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（2）反向特性
二极管加反向电压（二极管正极接低电位，负极接高电位）时的特性。
当反向电压小于某值（此电压称为反向击穿电压UBR）时反向电流很 小，并且几乎不随反向电压而变化，该反向电流叫“反向饱和电流”，简 称“反向电流”，用IR表示。通常硅管的反向电流在几十微安以下，锗管 的反向电流可达几百微安。在应用时反向电流越小，二极管的质量越好。
－ － －－
++ ++
IR
故IR基本上与外加反
压的大小无关，所以
内电场 E
称为反向饱和电流。
E-W
R
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但I 与温度有关。
结论: PN结加正向电压——“正向偏置” ，简称“正偏”
P区接电源正极，N区接电源负极 ——PN结电阻很小，正向导通
（2）PN结加反向电压——“反向偏置” ，简称“反 偏”
P区接电源负极，N区接电源正极 ——PN结电阻很大，反向截止