模电 第2章 半导体二极管及其基本电路
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2020/10/9
本征半导体 （3）
+4
+4
+4
+4
2020/10/9
在其它力的作用下，空 穴吸引附近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
本征半导体 （4）
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
2020/10/9
电子空穴 对（平衡）
正电荷量=硅失电子释放的空穴+本征激发的空穴 负电荷量=受主原子+本征激发的电子
不能移动 P型半导体整体呈电中性，空穴是多数载流子
2020/10/9
2020/10/9
PN结的特性
注意:
1.空间电荷区中没有载流子。
2.空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴.N
Ge
Si
2020/10/9
半导体的基本知识（3）
半导体的共价键结构
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点 阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原 子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间 形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
2020/10/9
半导体的基本知识（4）
）
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。
2020/10/9
2020/10/9
半导体二极管结构（2）
PN结面积大，用
(2) 面接触型二极管
于工频大电流整流电路。
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
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。
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。
2020/10/9
杂质半导体（2）
电子空 穴对
电子
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(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。
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。
2020/10/9
N型半导体整体呈电中性，电子是多数载流子 电子空穴 对（平衡）
负电荷量=施主释放的电子+本征激发的电子
区中的电子（都是多子）向对方运动（扩 散运动）。
3.P 区中的电子和N 区中的空穴（都是少子）
数量有限，因此由它们的运动（漂移运动） 形成的电流很小。
2020/10/9
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
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(Rຫໍສະໝຸດ Baiduverse Bais)。
特点： 高电阻 很小的反向漂移电流
外电场
iD/mA 1.0
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
2020/10/9
PN结的伏安特性
PN结的性质——PN结的单向导电性（3
电子技术 模拟电路部分
第二章
半导体二极管
2020/10/9
第二章 半导体二极管及其基本电路
§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
2020/10/9
2020/10/9
半导体的基本知识（2）
半导体材料：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。
在常温下，由于热激发（本征激发），使一些价电 子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子， 同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
2020/10/9
本征半导体 （2）
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子 本征半导体中存在数量相等的自由电子和空穴。
向电压，简称正偏(Forward Bias) 特点：低电阻 大的正向扩散电流
iD/m A 1.0
外电场
0.5
PN结加正向电压时的导电情况
2020/10/9
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
PN结的伏安特性
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)
2020/10/9
本征半导体 （1）
本征半导体(Intrinsic Semiconductors)
完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
本征半导体的导电机理
在绝对0（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全
被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒 子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个， 构成稳定结构。
2020/10/9
半导体的基本知识（5）
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此半导体 中的自由电子极少，所以半导体在常温下几乎不导电。
正电荷量=施主原子+本征激发的空穴
2020/10/9
不能移动
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。
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。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的 导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要 的外部因素，这是半导体的一大特点。
2020/10/9
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，
本征半导体 （3）
+4
+4
+4
+4
2020/10/9
在其它力的作用下，空 穴吸引附近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
本征半导体 （4）
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
2020/10/9
电子空穴 对（平衡）
正电荷量=硅失电子释放的空穴+本征激发的空穴 负电荷量=受主原子+本征激发的电子
不能移动 P型半导体整体呈电中性，空穴是多数载流子
2020/10/9
2020/10/9
PN结的特性
注意:
1.空间电荷区中没有载流子。
2.空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴.N
Ge
Si
2020/10/9
半导体的基本知识（3）
半导体的共价键结构
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点 阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原 子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间 形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
2020/10/9
半导体的基本知识（4）
）
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。
2020/10/9
2020/10/9
半导体二极管结构（2）
PN结面积大，用
(2) 面接触型二极管
于工频大电流整流电路。
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
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。
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。
2020/10/9
杂质半导体（2）
电子空 穴对
电子
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(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。
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。
2020/10/9
N型半导体整体呈电中性，电子是多数载流子 电子空穴 对（平衡）
负电荷量=施主释放的电子+本征激发的电子
区中的电子（都是多子）向对方运动（扩 散运动）。
3.P 区中的电子和N 区中的空穴（都是少子）
数量有限，因此由它们的运动（漂移运动） 形成的电流很小。
2020/10/9
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
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(Rຫໍສະໝຸດ Baiduverse Bais)。
特点： 高电阻 很小的反向漂移电流
外电场
iD/mA 1.0
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
2020/10/9
PN结的伏安特性
PN结的性质——PN结的单向导电性（3
电子技术 模拟电路部分
第二章
半导体二极管
2020/10/9
第二章 半导体二极管及其基本电路
§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
2020/10/9
2020/10/9
半导体的基本知识（2）
半导体材料：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。
在常温下，由于热激发（本征激发），使一些价电 子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子， 同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
2020/10/9
本征半导体 （2）
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子 本征半导体中存在数量相等的自由电子和空穴。
向电压，简称正偏(Forward Bias) 特点：低电阻 大的正向扩散电流
iD/m A 1.0
外电场
0.5
PN结加正向电压时的导电情况
2020/10/9
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
PN结的伏安特性
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)
2020/10/9
本征半导体 （1）
本征半导体(Intrinsic Semiconductors)
完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
本征半导体的导电机理
在绝对0（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全
被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒 子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个， 构成稳定结构。
2020/10/9
半导体的基本知识（5）
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此半导体 中的自由电子极少，所以半导体在常温下几乎不导电。
正电荷量=施主原子+本征激发的空穴
2020/10/9
不能移动
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。
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。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的 导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要 的外部因素，这是半导体的一大特点。
2020/10/9
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，