模电部分第2章 (潘)二极管及电路.ppt
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1、第二章 半导体二极管及其基本电路,导体、半导体和绝缘体,导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。,绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,2.1 半导体的基本知识,半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:,(可做成温度敏感元件,如热敏电阻)。,掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。,光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化 (可做 成
2、各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。,热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强,2.1.1 半导体材料,共价键共 用电子对 (束缚电子),+4表示除去价电子后的原子,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。,2.1.2 半导体 硅和锗的共价键结构,在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。(本征激发),1) 载流子:(自由电子和空穴),自由电子,空穴,束缚电子,2.1.3 本征半导
3、体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。,2) 本征半导体的导电机理,* 空穴吸引附近的电子来填补, 相当于空穴的迁移,可以认为空穴是载流子。空穴带正电核,空穴子移动形成电流。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。,* 电子带负电核,电子移动形成电流。,* 温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,P 型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。,N 型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体
4、)。,2.1.4 杂质半导体,多余 电子,磷原子,N 型半导体中的载流子:,1、由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。,2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。,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(少子)。,一、N 型半导体,在本征半导体中掺入少量的五价元素磷(或锑),外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子五价元素磷称为施主原子。,二、P 型半导体,空穴,硼原子,P 型半导体中空穴是多子,电子是少子。,三、杂质半导体的示意表示法,杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
5、但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。,1. 在杂质半导体中多子的数量与 (a. 掺杂浓度、b.温度)有关。,2. 在杂质半导体中少子的数量与 (a. 掺杂浓度、b.温度)有关。,3. 当温度升高时,少子的数量 (a. 减少、b. 不变、c. 增多)。,a,b,c,4. 在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流 主要是 ,N 型半导体中的电流主要是 。 (a. 电子电流、b.空穴电流),b,a,基本概念练习:,2.2 PN结的形成及特性,PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷区
6、变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡,空间电荷区的厚度固定不变。,动画,形成空间电荷区,空间电荷区,N型区,P型区,电位V,V0,PN结的单向导电性,1. PN 结加正向电压(正向偏置),PN 结变窄,P接正、N接负,IF,内电场被削弱,多子的扩散加强,形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时,PN结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,PN结处于导通状态。,动画,PN 结变宽,2. PN 结加反向电压(反向偏置),内电场被加强,少子的漂移加强,由于少子数量很少,形成很小的反向电流。,IR,P接负、N接正,温度越高少子的数目越
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