3.1 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3.2 PN结的形成及特性PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.1 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PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.1.1 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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.1.2 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PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.1.3 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。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。 由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.1.4 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。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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com1. 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。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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com2. 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。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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3. 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=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm31本征硅的原子浓度:3以上三个浓度基本上依次相差约106/cm3。2 掺杂后N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm34.961022/cm3PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念 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endPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2 PN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PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.1 载流子的漂移与扩散漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.2 PN结的形成PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.2 PN结的形成PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com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fl空间电荷区形成内电场fl内电场促使少子漂移fl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fi 由杂质离子形成空间电荷区flPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.3 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 低电阻 大的正向扩散电流PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.3 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 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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comPN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。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.3 PN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( /SD D -= TVIi vIS 反向饱和电流VT 温度的电压当量且在常温下（T=300K）V026.0= qkTVT mV 26=PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.4 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。热击穿不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿可逆PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.5 PN结的电容效应(1) 扩散电容CD扩散电容示意图当PN结处于正向偏置时，扩散运动使多数载流子穿过PN结，在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。存储电荷量的大小，取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结越远，由于空穴与电子的复合，浓度将随之减小。若外加正向电压有一增量DV，则相应的空穴（电子）扩散运动在结的附近产生一电荷增量DQ，二者之比DQ/DV为扩散电容CD。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.2.5 PN结的电容效应(2) 势垒电容CBendPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.3 二极管3.3.1 二极管的结构3.3.2 二极管的伏安特性3.3.3 二极管的主要参数PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.3.1 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、面接触型两大类。(1) 点接触型二极管(a)点接触型二极管的结构示意图PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com（a）面接触型 （b）集成电路中的平面型 （c）代表符号(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PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.3.2 二极管的V-I 特性二极管的V-I 特性曲线可用下式表示)1e( /SD D -= TVIi v锗二极管2AP15的V-I 特性硅二极管2CP10的V-I 特性PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.3.3 二极管的主要参数(1) 最大整流电流IF(2) 反向击穿电压VBR(3) 反向电流IR(4) 极间电容Cd（CB、 CD ）(5) 反向恢复时间TRRendPDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.4二极管的基本电路及其分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I 特性曲线。PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。解：由电路的KVL方程，可得 RVi DDDD v-=DDDD11 VRRi +-= v即 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点PDF created with pdfFacto