14电子半导体器件

P _
－－ + +
N
－－ + +
+
－－ + +
－－ + +
反向饱和电流 很小，? A级
内电场加强，使扩散停止，
有少量飘移，反向电流很小
10.2.3 半导体二极管
(1)、基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号 P 阳极
P
N
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N 阴极
(2)、伏安特性 I
反向击穿电 压U(BR)
反向漏电流 （很小， ? A级）
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + + 内移+ 电运+场动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
在硅和锗晶体中，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。
硅和锗的共价键结构
+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。
硅原子 磷原子
N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
P型半导体
硅或锗 +少量硼? P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或 铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原 子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸 引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带 负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为 受主 原子 。
动态电阻： r D =? UQ/ ? IQ
UQ
u 在工作点Q附近，动态电
阻近似为线性，故动态电
阻又称为微变等效电阻
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 ? 0.7V(硅二极管)
理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
ui
t
ui
RL
uO uo
t 二极管半波整流
例2：二极管的应用 ui
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
uo
t
§10.3 稳压二极管
稳压二极管符号 -
+ 当稳压二极管工作 在反向击穿状态下, 当工作电流IZ在 Izmax和 Izmin之间时, 其两端电压近似为 常数
稳压二极管特性曲线
稳定 电压
UZ
I
正向同 二极管
U I Zmin
IZ 稳定 电流
I Zmax
例：稳压二极管的应用
iz UZ RL
UZW =10V R=200 ?
第14讲
第10章 半导体器件
10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅 10.2 PN结及半导体二极管 10.3 稳压二极管 10.4 半导体三极管
海南风光
§10.1 半导体的基本知识
10.1.1 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si 硅原子
Ge 锗原子
10.2.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
稳压二极管技术数据为：稳压值 UZW=10V， Izmax=12mA ，Izmin=2mA ，负载电阻 RL=2k ? ，输入电 压ui=12V，限流电阻 R=200 ? 。若负载电阻变化范围 为1.5 k? ~4 k? ，是否还能稳压？
i
R ui DZ
iL
iz UZ RL uO
i
R ui DZ
iL
IU
+-
导通压降: 硅
E
管0.6~0.7V,锗
管0.2~0.3V。
U
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V。
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 r D
IQ UQ
R +US
静态工作点Q（UQ ，IQ ）
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
i
静态电阻 ：Rd=UQ/IQ
（非线性）
IQ
Q ? IQ
? UQ
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷? N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或 锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的 半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个 电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子， 这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个 磷原子给出一个电子，称为 施主原子 。
硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
§10.2 PN结及半导体二极管
扩散运动
10.2.2 PN结的单向导电性
PN结加上正向电压、正向偏置的意 思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
－+
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散? 飘移，正向电流大
PN结反向偏置 空间电荷区变厚
+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，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电 能力很弱。
10.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，
就会使半导体的导电性能发生显著变化。
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + + +所以+扩+散和漂 移这一对相反
+ + + +的运+动+最终达
+ + + +到于平两+衡个+，区相之当间 + + + +没有+电+荷运动，
空间电荷区的 厚度固定不变。