1.1二极管

半导体元件⒈导体、半导体与绝缘体⑴导体：电阻率ρ＜10-6Ω·m；⑵绝缘体：电阻率ρ＞108Ω·m；⑶半导体：电阻率介于导体与绝缘体之间如硅(Si)或锗(Ge)半导体。(2)N型半导体4价元素掺入微量5价元素后形成N型半导体。自由电子数空穴数。4价元素掺入微量3价元素后形成P型半导体。空穴数自由电子数。(3)P型半导体2.P型半导体和N型半导体⑴本征半导体。纯净的半导体材料称为本征半导体。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。根据掺杂的物质不同，可分两种：半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在之间。半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为，若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。本征半导体的原子结构半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图1所示。它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核，如图2所示。惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。1)、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。载流子外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？2)、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。3、杂质半导体1.N型半导体5磷（P）杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？2.P型半导体3硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？4、PN结的形成及其单向导电性物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继续进行。PN结的形成因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。PN结的单向导电性一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型：结面积小，结电容小故结允许的电流小最高工作频率高面接触型：结面积大，结电容大故结允许的电流大最高工作频率低平面型：结面积可小、可大小的工作频率高大的结允许的电流大二、二极管的伏安特性及电流方程二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA)(ufi开启电压反向饱和电流击穿电压mV)26()1e(TSTUIiUu常温下温度的电压当量三、二极管的主要参数•最大整流电流IF：最大平均值•最大反向工作电压UR：最大瞬时值•反向电流IR：即IS•最高工作频率fM：因PN结有电容效应结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。扩散路程中电荷的积累与释放空间电荷区宽窄的变化有电荷的积累与释放如下图所示，在一个PN结的两端各引出一个电极，外加玻璃或塑料的管壳封装就是二极管。由P型半导体引出的电极，称为正极（或阳极）；由N型半导体引出的电极，称为负极（或阴极）。2．二极管的特性正极接电源正端，负极经L、R接电源负端，电路导通。负极接电源正端，正极经L、R接电源负端,电路不导通。结论：二极管正向偏置时导通，反向偏置时截止。这就是二极管的单向导电性。1.1.1二极管的基本结构、特性和类型1．二极管的基本结构（1）二极管的单向导电性二极管的分类：按内部结构分：点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管按功能分：特殊二极管、普通二极管按材料分：硅管、锗管按材料分：硅管、锗管反向击穿（CD段）：当反向电压超过击穿电压后，二极管的反向电流急剧增加。二极管伏安特性曲线为非线性，所以二极管属于非线性器件。反向截止（OC段）：二极管反向电流很小，二极管不导通。②反向特性（图中OCD段）正向导通（AB段）：正向电流迅速增加，二极管两端电压降变化不大。死区（OA段）：二极管不导通。①正向特性（图OAB段）伏安特性：通过二极管的电流和它两端电压之间的对应关系。右图为二极管的伏安特性曲线。（2）二极管的伏安特性3.二极管的类型允许通过较小的电流（不超过几十毫安）。适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。允许通过较大的电流（几安到几十安）。适用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。能通过较大的电流，而且性能稳定可靠。多用于开关、脉冲及高频电路中。面接触型平面型点接触型（1）点接触型二极管（2）面接触型二极管（3）平面型二极管1.1.2二极管的主要参数FMIRMVRI1．最大整流电流二极管在室温下长期运行允许通过的最大正向平均电流。2．最高反向工作电压二极管正常工作时所允许外加的最大反向电压。3．反向电流在二极管加反向电压而未击穿时的反向电流值。作业：P31一、填空题：1、2；二、判断题：1；三、选择题：2；五、综合题：1