第一章半导体器件

由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。
第一章半导体器件
{end}
§1.2 半导体二极管
一、半导体二极管的结构特点 二、半导体二极管的伏安特性 三、二极管的电路模型
正向特性 反向特性
四、含二极管电路的分析
五、二极管的主要参数
六、稳压二极管
第一章半导体器件
半导体二极管(Diode)结构（1）
将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构 成了半导体二极管,简称二极管。
iD/m A 1.0
外电场
0.5
PN结加正向电压时的导电情况
– 1.0
– 0.5
0
0.5
第一章半导体器件
PN结的伏安特性
1.0 D/V
PN结的性质-- PN结的单向导电性（2）
PN结加反向电压时(Reverse-Based PN Junction)
当外加电压使PN结中P区的电位低于N区的电位，称为 加反向电压，简称反偏(Reverse Bais)。
其中：
1.0
IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
0.5 iD=– IS
且在常温下（T=300K）
–– 1.0
–– 0.5
0
0.5
VT
kT0.026V26mV q
PN结的伏安特性
1.0 D/V
二极管的伏安特性（2）
当PN结的反向电压增加
到一定数值时，反向电流突
iD
然快速增加，此现象称为PN
结的反向击穿。
热击穿——不可逆
V BR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
第一章半导体器件
二极管的伏安特性（3）
iD/m A
20
15
V BR
40
1 0 V th
5
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8
10 死区
20
D/V
30
半导体二极管(Diode)结构（2）
二极管按结构分有点接触型、面接触型和平 面型三大类。
(1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和变频等 高频电路。
二极管的结构示意图
(a)点接触型
第一章半导体器件
半导体二极管结构（3）PN结面积大，用
(2) 面接触型二极管
于工频大电流整流电路。
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。
第一章 半导体基础与半导体器件
§1.1 半导体物理基础知识
一、半导体的结构特点
本征半导体 ---本征激发现象
二、半导体的分类 杂质半导体
P型半导体
N型半导体
PN结的形成
三、PN结
PN结的性
半导体的结构（1）
半导体材料 (Semiconductor Materials) 自然界的物体根据其导电能力(电阻率)的不
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。
第一章半导体器件
杂质半导体（3）
P型半导体
空穴
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。 电子空
穴对
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。
多子的扩散和少子的漂移 达到动态平衡，PN结形成。
{end}
PN结的性质—PN结的单向导电性（1）
PN结加正向电压时（Forward-Based PN Junction) 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(Forward Bias) 特点：低电阻 大的正向扩散电流
特点： 高电阻 很小的反向漂移电流
iD/mA 1.0
外电场
0.5 iD=– IS
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
PN结加反向电压时的导电情况
PN结的伏安特性
第一章半导体器件
PN结的性质——PN结的单向导电性（3）
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。
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。
第一章半导体器件
{end}
PN结的性质—— PN结的形成
在N型半导体和P型半
P区
空间电荷区
N
导体的结合面上形成如下
区
物理过程:
因浓度差
多子的扩散运动
内电场
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
内电场阻止多子扩散
{end}
杂质半导体（1）
杂质半导体(Extrinsic Semiconductors)
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。 杂质半导体的导电能力比纯净半导体高几十万到几百 万倍。如：纯硅中掺入百万分之一的硼，电阻率从大约 2×103Ω·m减小到4×10－3Ω·m 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。
自由电电子子空
化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈空单穴穴晶对
体形态。
本征激发： 当外界给半导体施加能量时，一些共价键 中的电子会脱离共价键的束缚成为自由电子，而在原 来的位置上产生一个空穴(hole)。这种现象称为本征 激发。
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。
电子空穴对可参与导电
第一章半导体器件
同，可划分为导体、绝缘体和半导体。
半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料 称为半导体材料。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的结构（2）
半导体的共价键结构
硅晶体的空间排列
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
半导体在常温下几乎第不一章导半导电体器件
{end}
本征半导体
本征半导体(Intrinsic Semiconductors)
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
(4) 二极管的符号
阳极 a
k 阴极
P
N N +型 支 持 衬 底
第一章半导体器件
(d)符号
{end}
二极管的伏安特性（1）
二极管的伏安特性曲线可用下式表示 Current-Voltage Relationship
R
iD
+
vD
-
iDIS(evD/VT1)
iD/mm A
第一章半导体器件
电子空
杂质半导体（2）
穴对
N型半导体
电子
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。
பைடு நூலகம்
在N型半导体中自由电子是多数载流子(多子）， 它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）, 由热激发形成。