,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,下 篇,电 子 技 术,电工与电子技术,1,下 篇电工与电子技术1,第,7,章 半导体二极管及其应用,2,第7章 半导体二极管及其应用2,本章基本要求：,1.,了解半导体的结构，掌握杂质半导体的基本特性，理解PN结的单向导电性；,2.,掌握半导体二极管的导通、截止条件，伏安特性和主要参数；,3.,熟悉稳压管的稳压原理和应用电路；,4.,了解特殊二极管的基本性能特点，熟悉二极管的应用电路。,第,7,章 半导体二极管及其应用,3,本章基本要求：第7章 半导体二极管及其应用3,7.1,半导体的基本特性,7.2 半导体二极管,7.3 二极管应用电路,本章教学内容,第,7,章 半导体二极管及其应用,4,7.1 半导体的基本特性本章教学内容第7章 半导体二极管,本章重点：,本章难点：,1.半导体及参杂半导体的特性；,PN结及二极管的单向导电性；,3.二极管的特性曲线；,4.稳压二极管应用。,1.二极管的单向导电性和钳位作用；,2.稳压二极管电路分析。,第,7,章 半导体二极管及其应用,5,本章重点：本章难点：1.半导体及参杂半导体的特性；1.,引 言,电子技术包含:1.模拟电子;2.数字电子.,电路组成主要是半导体器件通常是晶体管,晶体管有二极管和三极管,晶体管的特性决定于半导体材料,了解半导体材料理解晶体管和分析电路功能,对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。,第,7,章 半导体二极管及其应用,6,引 言电子技术包含:1.模拟电子;2.数字电,学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用比较简便的分析方法获得满足工程要求并具有实际意义的结果。,对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。,器件是非线性的、特性有分散性、数值有误差、工程上允许一定的误差，可以采用合理估算的方法。,第,7,章 半导体二极管及其应用,7,学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数,有关概念：,导体：导电能力很强的物质,(电阻率低小于10,-4,/cm,),绝缘体：无导电能力的物质,(电阻率高大于10,9,/cm),半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物体,半导体的性能：导电性、热敏性、光敏性、掺杂性；,其性能取决于物质物理特性及结构,7.1,半导体的基本特性,8,有关概念：导体：导电能力很强的物质7.1 半导体的基本,晶体：,半导体的原子排列具有整齐的点阵晶格结构,又称为,晶体。,本征半导体：,纯净的、具有完整晶体结构的、由本征激发而形成电子和空穴对的半导体，称为,本征半导体,。,7.1.1,本征半导体,Ge,锗原子平面图,Si,硅原子平面图,晶体结构,7.1,半导体的基本特性,9,晶体：半导体的原子排列具有整齐的点阵晶格结构,又称为晶体。,在半导体材料中,用得最多的是硅和锗,它们的最外层电子（价电子）都有,四个电子,称为四价元素。相邻原子之间的结合是,共价键结构,.,1）半导体硅和锗的共价键结构,共价键:,在晶体材料中，如果每个原子与其相邻的原子之间共用一对(两个)价电子形成吸引力,称为,共价键.,+4,+4,+4,+4,+4,表示除去价电子后的原子,共价键共用电子对,7.1,半导体的基本特性,10,在半导体材料中,用得最多的是硅和锗,它们的最外层电,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为,自由电子,（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为,空穴,（带正电）。,2）本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,Si,Si,Si,Si,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,7.1,半导体的基本特性,价电子,11,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣,半导体中的电流：,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流,(1),自由电子作定向运动,电子电流,(2),价电子递补空穴,空穴电流,注意：,(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；,(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。,所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和,空穴都称为载流子。两种载流子的特点：,自由电子和,空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。,7.1,半导体的基本特性,12,半导体中的电流：当半导体两端加上外电压时，在半导体,经过实验证明在本征半导体中用扩散方法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。这种半导体称为杂质半导体。,导电性能变化的原因是掺杂半导体的导电的载流子浓度大大增加。（载流子：自由电子与空穴）,N,型半导体(电子为多数，又称电子半导体),P型半导体(空穴为多数，,又称,空穴半导体),7.1.2,杂质半导体,杂质半导体有两种类型:,7.1,半导体的基本特性,13,经过实验证明在本征半导体中用扩散方法掺入某些微量的杂质，就会,1）N,型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些硅原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的硅原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。,硅或锗+少量磷,N型半导体,7.1,半导体的基本特性,14,1）N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶,N,型半导体结构,多余电子,磷原子,硅原子,+,N,型硅表示,Si,P,Si,Si,7.1,半导体的基本特性,每个磷原子给出一个电子，常称为,施主原子,15,N型半导体结构多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi,2）P,型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些硅原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的硅原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。,硅或锗+少量硼,P型半导体,7.1,半导体的基本特性,16,2）P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟）,P,型半导体结构,P,型硅表示,空穴,硼原子,Si,Si,Si,B,硅原子,空穴因失去电子而被认为正电荷，并且由于递补的作用被认为可以移动。,7.1,半导体的基本特性,由于硼原子接受电子，所以常称为,受主原子,。,17,P型半导体结构P型硅表示空穴硼原子SiSiSiB硅原子空穴因,3）,杂质半导体的示意表示法,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,7.1,半导体的基本特性,P型半导体,18,3）杂质半导体的示意表示法+,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,选择思考题：,7.1,半导体的基本特性,19,1.在杂质半导体中多子的数量与,1.PN,结的形成,1）PN 结：,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，在它们的交界面就形成一种特殊结构 称为PN结。,7.1.3 PN,结及其单向导电性,7.1,半导体的基本特性,P型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,PN结,20,1.PN 结的形成1）PN 结：在同一片半导体基片上，,2）PN,结内载流子的运动,漂移与扩散运动形成,空间电荷区,P,型半导体,N,型半导体,扩散运动,漂移运动,空间电荷区,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,7.1,半导体的基本特性,21,2）PN结内载流子的运动漂移与扩散运动形成空间电荷区P型半导,内电场越强，漂移运动越强，漂移使空间电荷区变薄。,扩散使空间电荷区加宽,漂移运动,P型半导体,N型半导体,扩散运动,内电场,E,3）PN,结内电场的建立,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,随着电荷区的形成,内电场,也逐渐建立,7.1,半导体的基本特性,22,内电场越强，漂移运动越强，漂移使空间电荷区变薄。扩散使空间电,漂移运动,P型半导体,N型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,内电场,E,4）PN,结内的动态平衡,所以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。,扩散运动,7.1,半导体的基本特性,23,漂移运动P型半导体,2.PN,结的单向导电性,1）PN结正向偏置导通,PN,结,正向偏置,：P区电位高、N区电位低。,内电场减弱，扩散加强，,扩散,飘移，正向电流大,空间电荷区变薄,正向电流,P,N,+,+,+,+,+,R,7.1,半导体的基本特性,24,2.PN结的单向导电性1）PN结正向偏置导通PN结正向偏,内电场加强，使扩散停止，,有少量飘移，反向电流很小,空间电荷区变厚,反向,电流,+,+,R,P,N,+,+,+,+,+,+,PN结,反向偏置,：P区电位低、N区电位高。,2）PN,结反向偏置截止,7.1,半导体的基本特性,25,内电场加强，使扩散停止，空间电荷区变厚反向电流+RPN,(a),点接触型,(b)面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路,。,7.2.1,二极管的基本结构,1.,结构,;2.,类型,;3.,电路符号,。,7.2,半导体二极管,26,(a)点接触型(b)面接触型 结面积小、结电容小、正,P,N,P,N,符号,阳极,阴极,+,阴极引线,阳极引线,二氧化硅保护层,P,型硅,N,型硅,(,c,),平面型,(c)平面型,用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,7.2,半导体二极管,27,PNPN符号阳极阴极+阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅,7.2.2,伏安特性和主要参数,1.二极管的特性曲线:,(见下页),1）正向特性:(1)死区电压U,Df,(0.5V,0.1V);,(2)导通电压U,Do,(0.6V,0.2V);,(3)电流与电压为指数关系.,2）反向特性:(1)反向饱和电流I,RS,很小;,(2)反向击穿电压U,BR,.,3）理想二极管:(1)正向导通电压为零(U,D,=0);,(2)反向截止为开路(R,D,=).,7.2,半导体二极管,28,7.2.2 伏安特性和主要参数1.二极管的特性曲线:(,1.,二极管的伏安特性,硅管,0.5V,锗管,0.1V,反向击穿,特性,U,(BR,),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,硅,0,.60.8V,锗,0,.20.3V,U,I,死区电压,P,N,+,P,N,+,反向电流在一定电压范围内不变，称为饱和。,7.2,半导体二极管,29,1.二极管的伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿导通,常用电路及理想特性,U,I,E,+,-,R,限流电阻,