电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路半导体的基本知识，PN结，二极管电路的基本分析方法。 2 2、半导体二极管及其基本电路、半导体二极管及其基本电路内 容 教学提示本章要求学生熟练掌握普通二极管、稳压管的外特性及主要参数。正确理解PN结的形成，掌握二极管电路的分析方法。电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。1.导体：容易导电的物体。如：铁、铜等2.2. 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等3. 半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。在一定条件下可导电。 半导体的电阻率为10-3109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体特点： 1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。二极管、三极管属于此类。 2.1 半导体基础知识 2.1.1 概念 电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.2 本征半导体Si硅原子硅原子G e锗原子锗原子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。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。 电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.2 本征半导体硅和锗的共价键结构+4+4+4+4+4+4表示除表示除 去价电子去价电子 后的原子后的原子共价键共共价键共用电子对用电子对电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.2 本征半导体形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。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。+4+4+4+4电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.3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。（主要载流子为电子、电子半导体）P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。（主要载流子为空穴、空穴半导体）电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.3 杂质半导体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。电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路多余电子磷原子硅原子SiPSiSi2.1 半导体基础知识 N型半导体2.1.3 杂质半导体电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 2.1.3 杂质半导体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。三价杂质因而也称为受主杂质。电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路空穴P P型半导体型半导体硼原子SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的 正电荷，并且可以移动2.1 半导体基础知识 2.1.3 杂质半导体电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体基础知识 杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法2.1.3 杂质半导体P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性2.2.1 PNPN结的形成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，经过载流子的扩散和漂移，在它们的交界面处就形成了PN结。电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PNPN结处载流子的运动结处载流子的运动2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路漂移运动漂移运动P型半导体N型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E内电场越强，就使内电场越强，就使 漂移运动越强，而漂移漂移运动越强，而漂移 使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。扩散的结果是使空扩散的结果是使空 间电荷区逐渐加宽。间电荷区逐渐加宽。PNPN结处载流子的运动结处载流子的运动2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路漂移运动漂移运动P型半导体N型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E因此扩散 和漂移这一 对相反的运 动最终达到 平衡，相当 于两个区之 间没有电荷 运动，空间 电荷区的厚 度固定不变 。PNPN结处载流子的运动结处载流子的运动2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路+内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN +_正向电流正向电流2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性PNPN结正向偏置结正向偏置电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性PNPN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP _+内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性2.2.2 PNPN结的单向导电性结的单向导电性PN结加上正向电压或正向偏置的意思都是： P区加正、N区加负电压。PN结加正向电压 导通PN结加上反向电压或反向偏置的意思都是： P区加负、N区加正电压。PN结加反向电压 截止电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.3 半导体二极管半导体二极管一、基本结构PNPN符号 阳极阴极电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 SmartCom模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路二、伏安特性UI导通压降导通压降: : 硅管硅管0.60.7V0.60.7V锗管锗管0.20.20.3V0.3V。反向击穿电压反向击穿电压U U(BR)(BR)死区电压死区电压 硅管硅管 0.5V,0.5V,锗管锗管0 0.2V.2V。反向漏电流反向漏电流IsIs（很小，很小， A A级）级）2.3 半导体二极管半导体二极管电子信息工程系敬业敬业 团结团结 奉献奉献 务实务实 创新创新 进取进取2006 Smar