二极管ppt

半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体材料特征：受外界刺激后，导电能力会变大（如温度、光、磁场等）传感器元件掺杂后导电能力猛增（利用这个特性制成二极管和三极管）半导体的共价键结构硅晶体的空间排列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本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。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。(见视频“空穴的移动”)热激发—（见“本征激发”）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。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。1.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，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,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。（见视频“N型半导体共价键结构”）2.P型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。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。三价杂质原子因而也称为受主杂质。（见视频“P型半导体共价键结构”）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:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm33.杂质对半导体导电性的影响PN结的形成及特性PN结的形成PN结的单向导电性PN结的反向击穿PN结的电容效应PN结的形成PN结的形成(见视频“PN结的形成”)在一块本征半导体在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。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。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区PN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；反之称为加反向电压，简称反偏。(1)PN结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况(见视频)•低电阻•大的正向扩散电流iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性PN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；反之称为加反向电压，简称反偏。(2)PN结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况（见视频）•高电阻•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。iD/mA1.00.5iD=–IS–0.5–1.00.501.0D/VPN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。PN结的单向导电性(3)PN结V-I特性表达式其中iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性iD/mA1.00.5iD=–IS–0.5–1.00.501.0D/V)1(/SDDTVveIiIS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）V026.0qkTVTmV26PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。iDOVBRD热击穿——不可逆反向电流*反向电压〉PN结容许的耗散功率PN结的反向击穿iDOVBRD雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆雪崩击穿：加较大反向电压碰撞电离倍增效应：产生电子空穴对出现在整流二极管齐纳击穿：加较大反向电压在PN结空间电荷区形成强电场，破坏共价键。需要的场强200000v/cm。杂质浓度大的PN结；如稳压二极管半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。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。(a)点接触型二极管的结构示意图(3)平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型阴极引线阳极引线PNP型支持衬底(4)二极管的代表符号(d)代表符号k阴极阳极a半导体二极管图片二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示)1(/SDDTVveIi0D/V0.20.40.60.810203040510152010203040iD/AiD/mA死区VthVBR硅二极管2CP10的V-I特性0D/V0.20.40.6204060510152010203040iD/AiD/mA②①③VthVBR锗二极管2AP15的V-I特性+iDvD-R正向特性反向特性反向击穿特性二极管V-I特性的建模1.理想模型3.折线模型2.恒压降模型应用举例1.整流电路利用二极管的单向导电性可以将交流电变为脉动的直流电，这种变换称为整流。应用举例2.限幅电路用来限制输出电压的幅度。在ui的正半周，当ui6V时，VD1、VD2设均截止，输出ui=uo；当ui6V时，VD1正偏导通，VD2反偏截止，输出uo=6V。在ui的负半周，当ui－6V时，VD1、VD2设均截止，输出ui=uo；当ui－6V时，VD2导通，VD1截止，输出uo=－6V。应用举例应用举例3.钳位电路利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小（有时可近似为零）的特点，来限制电路中某点的电位。二极管的钳位作用使Vo被限制0～6V范围内。当开关S断开时，由于二极管正向偏置，若忽略其正向导通压降，阳极电位Vo被钳制在6V；当开关S闭合时，二极管截止，Vo为零伏。应用举例应用举例4.隔离电路利用二极管截止时，通过的电流近似为零，两极之间相当于断路的特点，来隔断电路或信号的联系。当A点电位VA=0时，二极管VD1导通，起钳位作用使Vo=0，这时若VB=+6V，则VD2截止，B点的电位对输出Vo没有影响，VD2起到了将输出与输入B隔离的作用。应用举例应用举例5.检波电路收音机从载波信号中检出音频信号称为检波。首先利用二极管的单向导电性，载波信号经过二极管后负半波被削去，经过电容使高频信号旁路，负载上得到低频信号。