[理學(xué)]第5章半導(dǎo)體二極管及基本電路(已修改)
2024-12-20 01:05 本頁面
【正文】 1 第 5章 半導(dǎo)體二極管 及基本電路 ? 基本要求 理解 P N 結(jié)的單向?qū)щ娦裕斫舛O管、穩(wěn)壓管 的工作原理，掌握分析 二極管、穩(wěn)壓管電路的分析方法。 ? 基本內(nèi)容 – 基礎(chǔ)知識(shí) – 半導(dǎo)體二極管 – 二極管基本電路及分析方法 – 穩(wěn)壓二極管及電路分析方法 2 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) ? 按物體的導(dǎo)電性能，可將物體分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。 ? ： 電阻率很低、電流易通過、導(dǎo)電性強(qiáng)的物體。 ? ： 電阻率很高、電流不通過、無導(dǎo)電能力的物體。 ? ： 它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。 ? 半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？怎樣提高其導(dǎo)電能力？ 3 半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。也就是 完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。 一 . 本征半導(dǎo)體 (a) 鍺 Ge 的原子結(jié)構(gòu) (b) 硅 Si 的原子結(jié)構(gòu) 4 ?本征半導(dǎo)體導(dǎo)電方式 以硅（ Si）元素為例討論、分析 硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 5 1）自由電子和空穴的形成 ? 在外界的影響下（如熱、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等），使得其共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得一定能量后，電子受到激發(fā)脫離共價(jià)鍵，成為自由電子（帶負(fù)電），共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“空穴”。 價(jià)電子 空穴 自由電子 6 2）載流子的形成 ? 在外電場(chǎng)的作用下，價(jià)電子填補(bǔ)空穴，就好像空穴在運(yùn)動(dòng)。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。 ? 當(dāng)加上一定方向的電場(chǎng)后，就會(huì)不斷有激發(fā)、復(fù)合過程，出現(xiàn)兩部分的電流，即 電子電流： 自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電； 空穴電流： 被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴所形成的電流。 ? 自由電子和空穴是運(yùn)載電荷的粒子，稱為 載流子 7 二 .雜質(zhì)半導(dǎo)體 ?雜質(zhì)半導(dǎo)體 —— 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì) (某種元素），而形成的半導(dǎo)體。 雜質(zhì)半導(dǎo)體 N 型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體 8 ? 在硅（或鍺）的晶體中摻人少量的五價(jià)元素（如磷元素），如圖所示，多余的第五個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子 。 1. N 型半導(dǎo)體 磷原子的結(jié)構(gòu) 硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子 9 N 型半導(dǎo)體示意圖 ? 半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，于是有： ? 自由電子數(shù) ＞＞ 空穴數(shù) 多數(shù)載流子 少數(shù)載流子 ? 以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體 ， 稱為 電子半導(dǎo)體 或 N 型半導(dǎo)體 （ N —type semiconductor ) 。 10 ? 自由電子數(shù) ＜＜ 空穴數(shù) 少數(shù)載流子 多數(shù)載流子 ? 以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體 (P — type semiconductor ) 。 硅 晶 體 摻 硼 出 現(xiàn) 空 穴 硼原子的結(jié)構(gòu) 2. P 型半導(dǎo)體 11 摻雜濃度 溫度 N 型、 P 型半導(dǎo)體示意圖 N 型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子濃度取決于 少數(shù)載流子濃度取決于 12 ⒈ 半導(dǎo)體中存在著兩種載流子 自由電子和空穴。因此，半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理明顯區(qū)別于導(dǎo)體。 ⒉ 在本征半導(dǎo)體中摻微量雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和參加導(dǎo)電的主要載流子的類型。 ⒊ 環(huán)境的改變對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大的影響。例如當(dāng)溫度增加或受到光照時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力都有所增加。半導(dǎo)體熱敏器件和光敏器件都是利用這一特性制造的。 半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 13 三 . P N 結(jié) ?多數(shù)載流子要從濃度大的 區(qū)域擴(kuò)散到濃度小的區(qū)域，形成 空間電荷區(qū) PN結(jié) ，產(chǎn)生電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng) Ed ； ?內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 起阻擋作用，對(duì)少數(shù)載流子又起推動(dòng)作用，這種少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為 漂移運(yùn)動(dòng) 。 14 注意： 1） 空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移動(dòng)， 不參與導(dǎo)電 。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。 2） 內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 起阻擋作用，所以 空間電荷區(qū) PN結(jié) 又稱為 阻擋層 或 耗盡層 。 1. P
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