【正文】 第 1章 常用半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 半導(dǎo)體二極管作業(yè)（一個(gè)二極管的計(jì)算，二極管的直流模型）（一個(gè)二極管的計(jì)算，二極管的直流模型）（二極管的交流模型）（穩(wěn)壓管的計(jì)算） 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、 PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦晕濉?PN結(jié)的電容效應(yīng)四、 PN結(jié)的電流方程和伏安特性一、 本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。無(wú)雜質(zhì) 穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體是 純凈 的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體 －－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，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(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。 半導(dǎo)體 －－硅（ Si）、鍺（ Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為 自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為 空穴 自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。共價(jià)鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。束縛電子外加電場(chǎng)方向空穴直接描述束縛電子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的那么一種粒子來(lái)描述束縛電子的運(yùn)動(dòng)比較方便，這種粒子起名叫做 “空穴 ”載流子 外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。 溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度 0K時(shí)不導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體中的兩種載流子運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。半導(dǎo)體導(dǎo)電的兩個(gè)方面v自由電子的運(yùn)動(dòng)v束縛電子的運(yùn)動(dòng)與金屬導(dǎo)電相比，金屬導(dǎo)電只有自由電子的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榻饘贈(zèng)]有共價(jià)鍵，而半導(dǎo)體有共價(jià)鍵 ,所以有兩個(gè)方面半導(dǎo)體中的載流子v自由電子v空穴本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)本征半導(dǎo)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(dǎo)體中的載流子數(shù)目增加，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，但是并不是當(dāng)做導(dǎo)體來(lái)使用，因?yàn)榕c導(dǎo)體相比，導(dǎo)電能力還差得遠(yuǎn)。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體磷（ P） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子 空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？自由電子是多子，空穴是少子 P型半導(dǎo)體硼（ B）多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)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(zhì)半導(dǎo)體雖然比本征半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目要多得多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，但是也并不能象導(dǎo)體那樣被用來(lái)傳導(dǎo)電能，而是用來(lái)形成 PN結(jié)v電流的參考方向的定義v電流的真實(shí)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(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 。 在擴(kuò)散的過(guò)程中，在交界面處自由電子和空穴 復(fù)合。自由電子和空穴 復(fù)合 出現(xiàn)內(nèi)電場(chǎng) 。三、 PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦訮區(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(kuò)散運(yùn)動(dòng) =漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡1. 交界面出現(xiàn)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(kuò)散N區(qū)自由電子（多子）向 P區(qū)擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行，留下不能移動(dòng)的雜質(zhì)離子，形成內(nèi)電場(chǎng)3. 內(nèi)電場(chǎng)的出現(xiàn)使少數(shù)載流子向?qū)Ψ狡芅區(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(shí)進(jìn)行4. 剛開始 ,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng) , 最后 ,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)等于漂移運(yùn)動(dòng) ,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散 ,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流 的真實(shí)方向是從 P區(qū)指向 N區(qū)的 。漂移運(yùn)動(dòng)少子在電場(chǎng)的作用下向?qū)Ψ狡?,稱漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漂移電流。漂移電流 的真實(shí)方向是從N區(qū)指向 P 區(qū)的 。動(dòng)態(tài)平衡 擴(kuò)散電流 =漂移電流， PN結(jié)內(nèi)總電流 =0。PN 結(jié) 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(kuò)散 ,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。形成的電流稱為擴(kuò)散電流。v擴(kuò)散電流的真實(shí)方向： P指向 Nv電流的參考方向的定義v電流的真實(shí)方向的定義v少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。形成的電流稱為漂移電流。v漂移電流的真實(shí)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(jiǎn)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(jiǎn)稱反偏；PN結(jié)正偏、反偏的定義PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流， PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。PN結(jié) 具有 單向?qū)щ娦跃€性電阻具有雙向?qū)щ娦运摹?PN結(jié)的電流方程和伏安特性v PN結(jié)兩端的電壓與流過(guò) PN結(jié)電流的關(guān)系式五、 PN結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，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(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容 Cb。2. 擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)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(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容 Cd。結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！若 PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕? 半導(dǎo)體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)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(shù)五、穩(wěn)壓二極管 一、二極管的結(jié)構(gòu)將 PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小最高工作頻率高面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低平面型：結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高大的結(jié)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(guān)聯(lián)、非關(guān)聯(lián)。因?yàn)殡p向?qū)щ姡?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(guān)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?qū)妷杭s為 ，鍺二極管正向?qū)妷杭s為 。v反向擊穿電壓 UBR 。溫度對(duì)二極管的伏安特性的影響v當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管的伏安特性曲線左移。當(dāng)溫度降低時(shí)，二極