(第3章)二極管2011

1、3.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法3.5 穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路3.6 發(fā)光二極管及其基本應(yīng)用發(fā)光二極管及其基本應(yīng)用3.2 PN結(jié)結(jié) 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體3.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來(lái)劃分的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體典型的半導(dǎo)

2、體元素：元素：硅硅Si和和鍺鍺Ge化合物：化合物：砷化鎵砷化鎵GaAs等。等。 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料電阻率：導(dǎo)體電阻率：導(dǎo)體 10106 610104 4 .cm .cm 絕緣體絕緣體 1010101010102222 .cm .cm 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 10103 310109 9 .cm .cm硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)（平硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)（平面示意圖）面示意圖） 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體?；瘜W(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。 3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體在摻入雜質(zhì)后稱(chēng)為本征半導(dǎo)體在摻入雜質(zhì)后稱(chēng)

3、為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。 3. 雜雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 摻入雜摻入雜 質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下: T=300 K室溫下室溫下, ,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: : n = p =1.41010/cm31 本征硅的

4、原子濃度本征硅的原子濃度: : 4.961022/cm3 3以上三個(gè)濃度基本上依次相差以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3 。 2摻雜后摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 自由電子、空穴自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子多數(shù)載流子、少數(shù)載流子3.2 PN結(jié)結(jié) 3.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成（了解）（了解） 3.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕ㄖ攸c(diǎn)）（重點(diǎn)） 3.2.3 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.

5、2.4 PN結(jié)的電容效應(yīng)（自學(xué)）結(jié)的電容效應(yīng)（自學(xué)） 3.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成漂移運(yùn)動(dòng)：漂移運(yùn)動(dòng)： 由由電場(chǎng)作用引起電場(chǎng)作用引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 由由載流子濃度差引起載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 因濃度差因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)促使促使少子漂移少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻止阻止多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 最后最后,多子的多子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 3

6、.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中結(jié)中P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱(chēng)為區(qū)的電位，稱(chēng)為加加正向電壓正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏正偏；反之；反之稱(chēng)為加稱(chēng)為加反向電壓反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)反偏反偏。 (1) PN(1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)結(jié)加正向電壓時(shí) 低電阻低電阻 大的正向擴(kuò)散電流大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：由于外電場(chǎng)的作用，由于外電場(chǎng)的作用，擴(kuò)散運(yùn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，耗盡層變窄動(dòng)加劇，耗盡層變窄，形成，形成大的擴(kuò)散電流，故大的擴(kuò)散電流，故PN結(jié)處于結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)。 (2) PN(2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)結(jié)加反向電壓時(shí) 高

7、電阻高電阻 很小的反向漂移電流很小的反向漂移電流PN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。認(rèn)為其截止。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流通過(guò)，這種情況稱(chēng)為大的正向擴(kuò)散電流通過(guò)，這種情況稱(chēng)為“導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)狀態(tài)”； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，只有極結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，只有極小的反向漂移電流，這種情況稱(chēng)為小的反向漂移電流，這種情況稱(chēng)為“截止?fàn)罱刂範(fàn)顟B(tài)態(tài)” 。 由此可以

8、得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｆ渲衅渲?1(/SDD TVveIiIS 反向飽和電流反向飽和電流VT 溫度的電壓當(dāng)量溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（且在常溫下（T=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 3.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕ɡm(xù)）結(jié)的單向?qū)щ娦裕ɡm(xù)） (3) PN結(jié)結(jié)V- I 特性表達(dá)式特性表達(dá)式其中，其中，q為電子電荷為電子電荷(1.6 10-19 C)，k為波耳茲曼常數(shù)為波耳茲曼常數(shù)(1.38 10-23J/K)iDOVBR D 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)的結(jié)的反向電壓反向電壓增加增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱(chēng)為

9、快速增加，此現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)結(jié)的的反向擊穿。反向擊穿。iDOVBR D熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆齊納擊穿齊納擊穿雪崩擊穿雪崩擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆 3.2.3 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管(b)(

10、b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線陽(yáng)極陽(yáng)極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(d) 代表符號(hào)代表符號(hào)k 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 a(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管(3) 平面型二極管平面型二極管半導(dǎo)體二極管圖片小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示)1(/SDD TVveIi0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死區(qū)死區(qū)VthVBR硅

11、二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性+iDvD-R正向特性正向特性反向特性反向特性反向擊穿特性反向擊穿特性 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性(1) 最大整流電流最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR和和最大反向工作電壓最大反向工作電壓VRM(3) 反向電流反向電流I IR R 3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù) 3.3.4 二極管的溫度特性二極管的溫

12、度特性T VD -2.5mV/; 10T1S2S122)(TI)(TIT 2AK18 1N4148 電極數(shù) 材料 類(lèi)型 序號(hào) 最高工作溫度Si管： 150-200 Ge管：75-100半導(dǎo)體器件命名法3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法3.5 穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路一、一、原理及原理及伏安特性伏安特性二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)三三、基本應(yīng)用電路基本應(yīng)用電路一、穩(wěn)壓二極管的原理及伏安特性進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流 利用二極管反利用二極管反向擊穿后向擊穿后在一定在一定的電流范圍內(nèi)的電流范圍內(nèi)端端電壓基本不變的電壓基本不變的原理。原理。二、 主要參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電