第3章-二极管及其基本电路
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1、物体导电性能分类物体导电性能分类： 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般，金属一般都是导体。都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。化物、氧化物等。3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体半导体的导电机理不同
2、于其它物质，所以它具有不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：同于其它物质的特点。例如：3.1.1 半导体材料半导体材料共价键共共价键共用电子对用电子对（束缚电子）束缚电子）+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 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚束缚电子电子，绝对零度时束缚电子很难脱离共价键成为，绝对零度时束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，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.
3、2 半导体半导体 (硅和锗硅和锗)的共价键结构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，成为而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个，同时共价键上留下一个空位，称为空位，称为空穴空穴。（本征激发）。（本征激发）1) 1) 载流子：载流子：( (自由电子和空穴自由电子和空穴) )+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子3.1.3 3.1.3 本征半导体本征半导体2) 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4 * 空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补来填
4、补, , 相当于空穴的迁相当于空穴的迁移，可以认为空穴是载流子。移，可以认为空穴是载流子。空穴带正电荷，空穴移动形空穴带正电荷，空穴移动形成电流。成电流。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。 * 电子带负电荷，电子移电子带负电荷，电子移动形成电流动形成电流（和电流规定的（和电流规定的方向相反）方向相反）。 * 温度越高，载流子的温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强的导电能力越强本征半导体导电能力很弱本征半导体导电能力很弱,且随环境温度而变化。且随环境温度而变化。在本征半导体中掺
5、入某些微量的杂质，就会使半导体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。载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。也称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。导体，也称为（电子半导体）。3.1.4 3.1.4 杂质半导体杂质半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中的载流子：型半导体中的
6、载流子：1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2 2、本征半导体中、本征半导体中成对成对产生的电子和空穴。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。自由电子称为子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），），空穴称为空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。在本征半导体中掺入少量的在本征半导体中掺入少量的五价元素磷（或锑），外层有五个五价元素磷（或锑），外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体价电子，其中四个与相
7、邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电原子形成共价键，必定多出一个电子五价元素磷称为子五价元素磷称为施主原子施主原子。一一、N 型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如 硼（或硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价与相邻的半导体原子形成共价 键时，产生一个空穴。键时，产生一个空穴。 这个空穴可能吸引束这个空穴可能吸引束 缚电子来填补缚电子来填补， 使得使得 硼原子成为不能移动硼原子成为不能移动 的带负电的离子
8、。的带负电的离子。 由于硼原子接受电由于硼原子接受电 子，所以称为子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中型半导体中空穴是多子空穴是多子，电子是少子电子是少子。二、二、P 型半导体型半导体三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于型半导体多子和少子的移动都能形成电流。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。与杂质浓度相等。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动
9、少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P区接正极、区接正极、N区接负区接负 极极外电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+IR0 正向电流是否也随温度变化？正向电流是否也随温度变化？ PN结单向导电性在半导体器件中的重要性结单向导电性在半导体器件中的重要性：二极管、三极管、场效应管、可控硅二极管、三极管、场效应管、可控硅 管
10、等元器件的特性都与此有关管等元器件的特性都与此有关。电子电路必须具有电子电路必须具有直流电源直流电源才能工作。才能工作。阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型图图 3.3.1 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性
11、UIPN+PN+)1( TDVVSDeIiVT26 mV (温度电压当量）温度电压当量）伏安特性：伏安特性：1. 最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压给出的最高反向工作电压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。3.3.3 二极管的参数二极管的参数3.
