14CH03-1二极管及其基本电路.

课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200813.1半导体的基本知识3.3二极管3.4二极管的基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性第4次课第5次课课件下载：[e-mail]密码：mndzjs20082主要内容·半导体的基本知识·PN结的形成及特点·半导体二极管的结构、V-I特性、参数、及基本应用电路基本要求·了解半导体材料的基本结构及PN结的形成·掌握PN结的单向导电工作原理·掌握二极管（包括稳压管）的V-I特性及其基本应用课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200833.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用3.1.4杂质半导体课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200843.1.1半导体材料绝缘体根据物体导电能力导体半导体硅Si锗Ge砷化镓GaAs最常用导电率105S·cm-1导电率10-22S·cm-1导电率10-9~102S·cm-1。。。。导电能力介于导体与绝缘体之间课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200851.通过掺入杂质可明显地改变半导体的电导率2.温度可明显地改变半导体的电导率3.光照可明显地改变半导体的电导率，同时还可以产生电动势。5.外施电压能发光，能制冷。。。。。。。外界物理量能影响半导体中的电子变化，外施电压能使半导体产生物理量4.半导体对很多物理量都很敏感，能够制成很多种传感器。半导体的特性简介课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200863.1.2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4价元素正离子芯周边有4个电子图示应为立体结构(a)锗Ge的原子结构(b)硅Si的原子结构课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200873.1.3本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式的晶体点阵，这种半导体称为本征半导体。也就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200883.1.3本征半导体、空穴及其导电作用由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对•当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。•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。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200893.1.3本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体的导电：空穴也能移动？！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。由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对在外界的影响下（如热、光、电场、磁场等），使得其共价键中的价电子获得一定能量后，电子受到激发脱离共价键，成为自由电子（带负电），共价键中留下一个空位，称为“空穴”。电子移动导致电流因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008103-1-1两种载流子.SWF课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200811空穴的移动价电子空穴自由电子空穴的相对移动实际是电子在移动，空穴是相对移动空穴的出现是半导体区别于导体的重要特点。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200812半导体内产生载流子自由电子空穴两种载流子共同形成半导体内的电流。电子电流：空穴电流：自由电子作定向运动所形成的电流；被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的电流。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200813电流方向电子e实际方向空穴○方向电子e实际方向空穴○方向在自由空间运行在原子束缚空间运行电子依次递补的相对运动有阻力两种载流子共同形成半导体内的电流。电子e+空穴○提示：实质都是电子的运动。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200814电流方向电子e实际方向空穴○方向电子e实际方向空穴○方向两种载流子共同形成半导体内的电流。电子e+空穴○提示：实质都是电子的运动。半导体但是用电子描述无法量化，用空穴可以量化课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008163.1.4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。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。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。为什么先提纯再掺杂形成杂质半导体？课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008171.N型半导体3.1.4杂质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。磷原子的结构课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200818N型半导体示意图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。•半导体中的自由电子数目大量增加，于是有：•自由电子数＞＞空穴数•以自由电子导电作为主要导电方式的半导体，称为电子半导体或N型半导体（N—typesemiconductor)。少数载流子多数载流子课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008192.P型半导体3.1.4杂质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。硼原子的结构课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008202.P型半导体3.1.4杂质半导体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。•自由电子数＜＜空穴数•少数载流子多数载流子•因此以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空穴半导体或P型半导体(P—typesemiconductor)。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008213.杂质对半导体导电性的影响3.1.4杂质半导体掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:3掺杂后的电子空穴浓度增加一百万倍。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm34.96×1022/cm3课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200822•本征半导体、杂质半导体注意掌握本节中的有关概念•自由电子、空穴•N型半导体、P型半导体•多数载流子、少数载流子•施主杂质、受主杂质end最常用概念课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008233.2PN结的形成及特性3.2.2PN结的形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应3.2.1载流子的漂移与扩散课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008243.2.1载流子的漂移与扩散扩散运动漂移运动由电场作用引起的载流子的运动由载流子浓度差引起的载流子的运动++自然界中扩散运动例子很多，如墨水滴进水中。但在固体中的扩散例子较少，只产生于边界。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008253.2.2PN结的形成在一块本征半导体基片上分别在两个区域掺杂P型和N型元素构成PN结课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008263.2.2PN结的形成课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200827在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差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最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200828对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。随Ed扩散运动漂移运动达到动态平衡Ed不变化形成稳定的PN结课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200829•1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所以空间电荷区的电阻率很高。•2）内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区--PN结又称为阻挡层或耗尽层。注意：课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008303-1-2PN结的形成.swf课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008313.2.3PN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。(1)PN结加正向电压时降低结电阻大的正向扩散电流多子电流缩短耗尽层外电场与内电场方向相反偏-加载课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008323-1-3PN结正偏.swf课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200833内电场EdPN结变窄多子扩散运动少子漂移运动PN结导通（PN结呈现R)形成正向电流IP区接正极N区接负极加正向电压(1)PN结加正向电压时课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008343.2.3PN结的单向导电性当外加电压使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。(2)PN结加反向电压时•高结电阻•很小的反向漂移电流在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。内外电场同向，耗尽层被加宽，阻止多子流动课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200835PN结变宽多子扩散运动少子漂移运动PN结截止（PN结呈现反向R）内电场Ed形成反向电流IP区接负极N区接正极加反向电压(2)PN结加反向电压时课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008363-1-4PN结的反偏.swf课件下载：[e-mail]密码：mndzjs200837结论：PN结具有单向导电性。呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。PN结加正向电压时耗尽层电场与外施电场相反被削弱，PN结加反向电压时耗尽层电场与外施电场相同被加宽结论：外施电压能够调节耗尽层的宽度，-压控电阻。课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008383.2.3PN结的单向导电性(3)PN结V-I特性表达式其中PN结的伏安特性)1e(/SDDTVIivIS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）V026.0qkTVTmV26用伏安特性法分析k为波耳兹曼常数（1.3810–23J/K）T为热力学温度，即绝对温度（单位为K，0K=-273C）q为电子电荷（1.610–19C）课件下载：[e-mail]密码：mndzjs2008393.2.3PN结的单向导电性(3)PN结V-I特性表达式)1e(/SDDTVIivD/DSeTViIvD/eTVvvD为正当vD