3-模拟电子技术第三章二极管及其基本电路

模拟电子技术第三章 二极管及其基本电路

3. 二极管及其基本电路

3.1 半导体的基本知识 PN结的形成及特性 3.2 PN结的形成及特性 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

3.1 半导体的基本知识 ——

一、本征半导体 本征半导体

1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 什么是半导体？什么是本征半导体？导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 半导体 --铁 铜等金属元素等低价元素， 导 体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层 电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体--惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 绝缘体--惰性气体、橡胶等， --惰性气体 子核的束缚力很强， 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体-- --硅 )、锗 ),均为四价元素 半导体--硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素，它们原 )、 ),均为四价元素， 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。

3.1 半导体的基本知识 ——

一、本征半导体 本征半导体

半导体的导电机理不同于其它物质， 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于 的导电机理不同于其它物质 其它物质的特点(导电能力的可控性)。 其它物质的特点(导电能力的可控性)。 例如： 例如： 的作用时，它的导电能力明显变化。 当受外界热 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质， 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力 掺入某些杂质 明显改变。 明显改变。

本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 是纯净的晶体结构的半导体 无杂质 稳定的结构

3.1 半导体的基本知识 ——2、本征半导体的结构

一、本征半导体 本征半导体

现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗， 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(价电子)都是四个。

Si

Ge

通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 晶体

3.1 半导体的基本知识 ——2、本征半导体的结构

一、本征半导体 本征半导体

在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点 四角形系统 每个原子都处在

正四面体的中心， 阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原 子位于四面体的顶点， 子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间 形成共价键，共用一对价电子。 形成共价键，共用一对价电子。 共价键

硅和锗的晶 体结构： 体结构：

3.1 半导体的基本知识 ——2、本征半导体的结构

一、本征半导体 本征半导体

硅和锗的共价键结构

+4+4表示除 +4表示除 去价电子 后的原子

+4

共价键共 用电子对

+4

+4

+4

+4

+4

共价键+4 +4 +4

价电子+4 +4 +4

3.1 半导体的基本知识 ——2、本征半导体的结构

一、本征半导体 本征半导体

+4

+4

共价键有很强的结合力， 共价键有很强的结合力，使原子规则 排列，形成晶体。 排列，形成晶体。 形成共价键后，每个原子的最外层电子 形成共价键后， 是八个，构成稳定结构。 是八个，构成稳定结构。

+4

+4

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚 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，常温下只有少量束缚电子能脱离共价键成为自由电子 自由电子， 电子，常温下只有少量束缚电子能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， 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。 能力很弱。

3.1 半导体的基本知识 ——2、本征半导体的结构

一、本征半导体 本征半导体

共价键 由于热运动， 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—本征激发 而成为自由电子—本征激发 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 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。 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 复合 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定 温度升高， 的浓度一定； 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， 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。 的浓度加大。

3.1 半导体的基本知识 ——3、本征半导体中的两种载流子

一、本征半导体 本征半导体

运载电荷的粒子称为载流子。 运载电荷的粒子称为载流子。 载流子 外加电场时， 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， 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧， 温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 子浓度增大

,导电性增强。热力 学温度0K时不导电 时不导电。 学温度 时不导电。 两种载流子

3.1 半导体的基本知识 ——本征半导体中电流由两部分组成： 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 空穴移动产生的电流。

一、本征半导体 本征半导体

本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度( 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度(与半导体材料 的性质和温度有关)。 的性质和温度有关)。本征载流子的浓度对温度十分敏感。例如硅材料、大约温度每升高 ℃ 本征载流子的浓度对温度十分敏感。例如硅材料、大约温度每升高8℃,本征载 流子的浓度n 增加一倍；对于锗材料，大约温度每升高12 增加一倍。 流子的浓度 i增加一倍；对于锗材料，大约温度每升高 ℃ ,ni增加一倍。温度越 载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电能力越强。 高，载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能 的一个重要的外部因素， 的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。

在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中 在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子， 只有自由电子这一种载流子， 只有自由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。

3.1 半导体的基本知识 ——1.N型半导体 Negative) 1.N型半导体(Negative)

二、杂质半导体 杂质半导体

多数载流子

+5

杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多， 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强， 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。 导电性可控。

磷、砷、锑等施主杂质掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以， 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空 穴浓度。自由电子称为多数载流子 多子),空穴称为少数载流子 多数载流子( ),空穴称为少数载流子( 穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少 子)。

3.1 半导体的基本知识 ——2.P型半导 …… 此处隐藏：3030字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……