【正文】 第 1章 常用半導體器件 半導體基礎知識 半導體二極管作業(yè)（一個二極管的計算，二極管的直流模型）（一個二極管的計算，二極管的直流模型）（二極管的交流模型）（穩(wěn)壓管的計算） 半導體基礎知識一、本征半導體二、雜質半導體三、 PN結的形成及其單向導電性五、 PN結的電容效應四、 PN結的電流方程和伏安特性一、 本征半導體 導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。無雜質 穩(wěn)定的結構本征半導體是 純凈 的晶體結構的半導體。什么是半導體？什么是本征半導體？ 導體 －－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產生定向移動，形成電流。 絕緣體 －－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。 半導體 －－硅（ Si）、鍺（ Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。本征半導體的結構由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為 自由電子自由電子的產生使共價鍵中留有一個空位置，稱為 空穴 自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復合。共價鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。束縛電子外加電場方向空穴直接描述束縛電子的運動不太方便用我們 假想的 （自然界不存在的）、帶 正電的、與束縛電子 反方向 運動的那么一種粒子來描述束縛電子的運動比較方便，這種粒子起名叫做 “空穴 ”載流子 外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導電，且運動方向相反。由于載流子數目很少，故導電性很差。 溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導電性增強。 熱力學溫度 0K時不導電。本征半導體中的兩種載流子運載電荷的粒子稱為載流子。半導體導電的兩個方面v自由電子的運動v束縛電子的運動與金屬導電相比，金屬導電只有自由電子的運動，因為金屬沒有共價鍵，而半導體有共價鍵 ,所以有兩個方面半導體中的載流子v自由電子v空穴本征半導體中的自由電子和空穴成對出現本征半導體的特性：（ 1）熱敏特性（ 2）光敏特性（ 3）攙雜特性三種方式都可使本征半導體中的載流子數目增加，導電能力增強，但是并不是當做導體來使用，因為與導體相比，導電能力還差得遠。二、雜質半導體 N型半導體磷（ P） 雜質半導體主要靠多數載流子導電。摻入雜質越多，多子濃度越高，導電性越強，實現導電性可控。多數載流子 空穴比未加雜質時的數目多了？少了？為什么？自由電子是多子，空穴是少子 P型半導體硼（ B）多數載流子 P型半導體主要靠空穴導電，摻入雜質越多，空穴濃度越高，導電性越強， 在雜質半導體中，溫度變化時，載流子的數目變化嗎？少子與多子變化的數目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？空穴是多子，自由電子是少子 雜質半導體雖然比本征半導體中的載流子數目要多得多，導電能力增強，但是也并不能象導體那樣被用來傳導電能，而是用來形成 PN結v電流的參考方向的定義v電流的真實方向的定義P區(qū) N區(qū) P區(qū) N區(qū)載流子由于濃度的差別而產生的運動稱為 擴散運動 。 在擴散的過程中，在交界面處自由電子和空穴 復合。自由電子和空穴 復合 出現內電場 。三、 PN結的形成及其單向導電性P區(qū) N區(qū) P區(qū) N區(qū)P區(qū) N區(qū)P區(qū)P區(qū) N區(qū)P區(qū) N區(qū)擴散運動 =漂移運動時達到 動態(tài)平衡1. 交界面出現自由電子、空穴的濃度差別P區(qū)N區(qū)空穴多自由電子少空穴少自由電子多P區(qū)空穴（多子）向 N區(qū)擴散N區(qū)自由電子（多子）向 P區(qū)擴散同時進行，留下不能移動的雜質離子，形成內電場3. 內電場的出現使少數載流子向對方漂移N區(qū)空穴（少子）向 P區(qū)漂移P區(qū)自由電子（少子）向 N區(qū)漂移 同時進行4. 剛開始 ,擴散運動大于漂移運動 , 最后 ,擴散運動等于漂移運動 ,達到動態(tài)平衡擴散運動多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴散 ,稱擴散運動擴散運動產生擴散電流。擴散電流 的真實方向是從 P區(qū)指向 N區(qū)的 。漂移運動少子在電場的作用下向對方漂移 ,稱漂移運動。漂移運動產生漂移電流。漂移電流 的真實方向是從N區(qū)指向 P 區(qū)的 。動態(tài)平衡 擴散電流 =漂移電流， PN結內總電流 =0。PN 結 穩(wěn)定的空間電荷區(qū) 又稱高阻區(qū) 也稱耗盡層v載流子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴散 ,稱擴散運動。形成的電流稱為擴散電流。v擴散電流的真實方向： P指向 Nv電流的參考方向的定義v電流的真實方向的定義v少子在內電場的作用下產生的運動稱為漂移運動。形成的電流稱為漂移電流。v漂移電流的真實方向： N指向 PP區(qū)的電位高于 N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；P區(qū)的電位低于 N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏；PN結正偏、反偏的定義PN結加正向電壓導通： 耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流， PN結處于導通狀態(tài)。PN結加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。PN結 具有 單向導電性線性電阻具有雙向導電性四、 PN結的電流方程和伏安特性v PN結兩端的電壓與流過 PN結電流的關系式五、 PN結的電容效應1. 勢壘電容 PN結外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容 Cb。2. 擴散電容 PN結外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容 Cd。結電容： 結電容不是常量！若 PN結外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向導電性！ 半導體二極管一、二極管的結構二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數五、穩(wěn)壓二極管 一、二極管的結構將 PN結封裝，引出兩個電極，就構成了二極管。點接觸型：結面積小，結電容小故結允許的電流小最高工作頻率高面接觸型：結面積大，結電容大故結允許的電流大最高工作頻率低平面型：結面積可小、可大小的工作頻率高大的結允許的電流大規(guī)定二極管的端電壓 uD的參考方向和二極管的電流 iD的參考方向 二、二極管的伏安特性及電流方程參考方向的選取共有四種可能，本教材中選擇其中的一種。線性電阻參考方向的選取只有兩種可能：關聯(lián)、非關聯(lián)。因為雙向導電（ a）硅二極管 2CP10的伏安特性曲線 （ b）鍺二極管 2AP15的伏安特性曲線二極管的伏安特性及電流方程 二極管的電流與其端電壓的關系稱為伏安特性v死區(qū)電壓 Uth ? 硅二極管的死區(qū)電壓一般為 ，鍺二極管的死區(qū)電壓一般為 。 v硅二極管正向導通電壓約為 ，鍺二極管正向導通電壓約為 。v反向擊穿電壓 UBR 。溫度對二極管的伏安特性的影響v當溫度升高時，二極管的伏安特性曲線左移。當溫度降低時，二極