(第3章)二極管2011

1、3.1 半導體基礎知識半導體基礎知識3.3 半導體二極管半導體二極管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用電路穩(wěn)壓二極管及其基本應用電路3.6 發(fā)光二極管及其基本應用發(fā)光二極管及其基本應用3.2 PN結結 3.1.1 半導體材料半導體材料 3.1.2 半導體的共價鍵結構半導體的共價鍵結構 3.1.3 本征半導體本征半導體 3.1.4 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體3.1 半導體的基本知識半導體的基本知識 根據(jù)物體導電能力根據(jù)物體導電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來劃分的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。導體、絕緣體和半導體。典型的半導體典型的半導

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 半導體材料半導體材料電阻率：導體電阻率：導體 10106 610104 4 .cm .cm 絕緣體絕緣體 1010101010102222 .cm .cm 半導體半導體 10103 310109 9 .cm .cm硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構（平硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構（平面示意圖）面示意圖） 3.1.2 半導體的共價鍵結構半導體的共價鍵結構本征半導體本征半導體化學成分純凈的半導體?；瘜W成分純凈的半導體。 3.1.3 本征半導體本征半導體本征半導體在摻入雜質(zhì)后稱為本征半導體在摻入雜質(zhì)后稱

3、為雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體。 3.1.4 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 1. N型半導體型半導體 N型半導體型半導體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導體。的半導體。2. P型半導體型半導體 P型半導體型半導體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導體。的半導體。 3. 雜雜質(zhì)對半導體導電性的影響質(zhì)對半導體導電性的影響 摻入雜摻入雜 質(zhì)對本征半導體的導電性有很大質(zhì)對本征半導體的導電性有很大的影響，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以上三個濃度基本上依次相差以上三個濃度基本上依次相差106/cm3 。 2摻雜后摻雜后 N 型半導體中的自由電子濃度型半導體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 本節(jié)中的有關概念本節(jié)中的有關概念 本征半導體、雜質(zhì)半導體本征半導體、雜質(zhì)半導體 自由電子、空穴自由電子、空穴 N型半導體、型半導體、P型半導體型半導體 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結結 3.2.1 PN結的形成結的形成（了解）（了解） 3.2.2 PN結的單向?qū)щ娦越Y的單向?qū)щ娦裕ㄖ攸c）（重點） 3.2.3 PN結的反向擊穿結的反向擊穿 3.

5、2.4 PN結的電容效應（自學）結的電容效應（自學） 3.2.1 PN結的形成結的形成漂移運動：漂移運動： 由由電場作用引起電場作用引起的載流子的運動稱為的載流子的運動稱為漂移運動漂移運動。擴散運動：擴散運動： 由由載流子濃度差引起載流子濃度差引起的載流子的運動稱為的載流子的運動稱為擴散擴散運動運動。 因濃度差因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場內(nèi)電場促使促使少子漂移少子漂移 內(nèi)電場內(nèi)電場阻止阻止多子擴散多子擴散 最后最后,多子的多子的擴散擴散和少子的和少子的漂移漂移達到達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。多子的擴散運動多子的擴散運動 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結的單向?qū)щ娦越Y的單向?qū)щ娦?當外加電壓使當外加電壓使PN結中結中P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為區(qū)的電位，稱為加加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏；反之；反之稱為加稱為加反向電壓反向電壓，簡稱簡稱反偏反偏。 (1) PN(1) PN結加正向電壓時結加正向電壓時 低電阻低電阻 大的正向擴散電流大的正向擴散電流PN結加正向電壓導通：結加正向電壓導通：由于外電場的作用，由于外電場的作用，擴散運擴散運動加劇，耗盡層變窄動加劇，耗盡層變窄，形成，形成大的擴散電流，故大的擴散電流，故PN結處于結處于導通狀態(tài)。導通狀態(tài)。 (2) PN(2) PN結加反向電壓時結加反向電壓時 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結加反向電壓截止：結加反向電壓截止： 耗盡層變寬耗盡層變寬，阻止擴散運動，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似認為其截止。認為其截止。 PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流通過，這種情況稱為大的正向擴散電流通過，這種情況稱為“導通導通狀態(tài)狀態(tài)”； PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，只有極結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，只有極小的反向漂移電流，這種情況稱為小的反向漂移電流，這種情況稱為“截止狀截止狀態(tài)態(tài)” 。 由此可以

8、得出結論：由此可以得出結論：PN結具有單向?qū)щ娦浴＝Y具有單向?qū)щ娦?。其中其?1(/SDD TVveIiIS 反向飽和電流反向飽和電流VT 溫度的電壓當量溫度的電壓當量且在常溫下（且在常溫下（T=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 3.2.2 PN結的單向?qū)щ娦裕ɡm(xù)）結的單向?qū)щ娦裕ɡm(xù)） (3) PN結結V- I 特性表達式特性表達式其中，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 當當PN結的結的反向電壓反向電壓增加增加到一定數(shù)值時，反向電流突然到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為

9、快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結結的的反向擊穿。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結的反向擊穿結的反向擊穿 3.3.1 半導體二極管的結構半導體二極管的結構 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 半導體二極管半導體二極管 在在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。(a)(a)點接觸型點接觸型 二極管的結構示意圖二極管的結構示意圖 3.3.1 半導體二極管的結構半導體二極管的結構(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管(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極陽極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底(4) 二極管的代表符號二極管的代表符號(d) 代表符號代表符號k 陰極陰極陽極陽極 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 類型 序號 最高工作溫度Si管： 150-200 Ge管：75-100半導體器件命名法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用電路穩(wěn)壓二極管及其基本應用電路一、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、基本應用電路基本應用電路一、穩(wěn)壓二極管的原理及伏安特性進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進入穩(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