【正文】 光元件等。 在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過(guò)管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點(diǎn)達(dá)到“ 穩(wěn)壓 ”效果的。 其穩(wěn)定電壓 UZ最低為 3V，高的可達(dá) 300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)的正向壓降約為 。 u0 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？ 你會(huì)做嗎？ 何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓？ 把一個(gè) 正向聯(lián)接到二極管的兩端， 會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？ 二極管的伏安特性曲線上分為幾個(gè)區(qū)？能否說(shuō)明二極管工作在各個(gè)區(qū)時(shí)的電 壓、電流情況？ 為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大 ？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 I(mA) 40 30 20 10 0 5 10 15 20 (μ A) － 12 － 8 － 4 U(V) 穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、 這就是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。電源 uS是一個(gè)周期性的矩形脈沖， 高電平幅值為 +5V，低電平幅值為 5V。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 4. 二極管的應(yīng)用舉例 注意： 分析實(shí)際電路時(shí)為簡(jiǎn)單化，通常把二極管進(jìn)行理想 化處理，即正偏時(shí)視其為“ 短路 ”，截止時(shí)視其為“ 開(kāi)路 ”。 IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｆ浯笮∮?PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。 在二極管兩端加反向電壓時(shí)，將有很小的、由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流通過(guò)二極管。 外加反向電壓超過(guò)反向擊穿電壓 UBR時(shí)，反向電流突然增大，二 極管失去單向?qū)щ娦裕M(jìn)入 反向擊穿區(qū) 。二極管既然是一個(gè) PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“ 單向?qū)щ娦?”。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 1. 二極管的基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型 點(diǎn)接觸型 ：結(jié)面積小，適用于 高頻檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī) 中的開(kāi)關(guān)元件。這兩種擊穿能否造成 PN結(jié)的永久損壞 ？ 空間電荷區(qū)的電阻率為什么很 高？ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體二極管 把 PN結(jié)用管殼封裝，然后在 P區(qū)和 N區(qū)分別向外引出一 個(gè)電極，即可構(gòu)成一個(gè)二極管。 利用電擊穿時(shí) PN結(jié)兩端 電壓變化很小電流變化很大 的特 點(diǎn)，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的 穩(wěn)壓管 。這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)足以把 PN結(jié)內(nèi)中 性原子的價(jià)電子從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生出大量的電子 — 空穴對(duì)，使 PN結(jié)反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱(chēng)為 齊納擊 穿 。 雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場(chǎng)較強(qiáng)，外加反向電壓相 對(duì)較高。 學(xué)習(xí)與歸納 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 6. PN結(jié)的反向擊穿問(wèn)題 PN結(jié)反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò) PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。 1. 半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低 ，但少子對(duì)溫度非常敏感，因此溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè) 計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)的上述“ 正向?qū)?，反向阻?”作用，說(shuō)明它具有 單向 導(dǎo)電性 ， PN結(jié)的單向?qū)щ娦允撬鼧?gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。開(kāi)始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)， 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使 PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng) ；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)： P區(qū)的少子電子向 N區(qū)漂移，補(bǔ)充了交界面上 N區(qū)失去的電子，同時(shí)， N區(qū)的少子空穴向 P區(qū)漂移，補(bǔ)充了原交界面上 P區(qū)失去的空穴，顯然 漂移運(yùn)動(dòng)減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使 PN結(jié)變窄 。 一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質(zhì)的濃度相等。 在 P型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電 子，而不能移動(dòng)的離子帶 負(fù)電 。 4. 本征半導(dǎo)體 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 三價(jià)元素硼 (B) B + 摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。 + 五價(jià)元素磷 (P) ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 P 摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 自由電子載流子運(yùn)動(dòng)可以形 容為沒(méi)有座位人的移動(dòng)；空穴 載流子運(yùn)動(dòng)則可形容為有座位 的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)。 價(jià)電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象稱(chēng)為 復(fù)合 。 由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱(chēng)為 本征激發(fā) 。 晶格結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來(lái)看，每個(gè)原子外層都具有 8個(gè)價(jià)電子。它們必須先經(jīng)過(guò)高度提純，形成 晶格結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)的 本征半導(dǎo)體 。 2. 半導(dǎo)體的獨(dú)特性能 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 3. 本征半導(dǎo)體 最常用的半導(dǎo)體為硅 (Si)和鍺 (Ge)。 常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒等。 常溫下絕緣體內(nèi)部幾乎不存在自由電子，因此導(dǎo)電能力極差或不導(dǎo)電。由于溫度升高、振動(dòng)等外界的影響，導(dǎo)體的最外層電子就會(huì)獲得一定能量，從而掙脫原子核的束縛而游離到空間成為自由電子。 自然界的一切物質(zhì)都是由分子、原子組成的。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的核外電子 帶負(fù)電 。 1. 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 （ 1） 導(dǎo)體 導(dǎo)體的最外層電子數(shù)通常是 1~3個(gè)，且距原子核較遠(yuǎn)，因此受原子核的束縛力較小。 原子核 ＋ 導(dǎo)體的特點(diǎn)： 內(nèi)部含有大量的自由電子 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 （ 2） 絕緣體 絕緣體的最外層電子數(shù)一般為 6~8個(gè)，且距原子核較近，因此受原子核的束縛力較強(qiáng)而不易掙脫其束縛。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 （ 3） 半導(dǎo)體 半導(dǎo)體的最外層電子數(shù)一般為 4個(gè)，在常溫下存在的自由電子數(shù)介于導(dǎo)體和絕緣體之間，因而在常溫下半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力也是介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo) 體的應(yīng)用卻極其廣泛，這是由半導(dǎo)體的獨(dú)特性能決定的： 光敏性 —— 半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)； 熱敏性 —— 受溫度的影響，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化很大； 摻雜性 —— 在半導(dǎo)體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導(dǎo)電 能力極大地增強(qiáng)； 半導(dǎo)體材料的獨(dú)特性能是由其 內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理 所決定的。 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 天然的 硅和鍺是不能制作成半導(dǎo)體器件的。 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。 受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些價(jià)電子會(huì)掙脫原子核的束縛游離到空間成為 自由電子 。 ＋ ＋ 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn) 空穴，使失電子的原子重新恢復(fù)電中性 。兩種載流子電量相等、符號(hào)相反，電 流的方向?yàn)榭昭ㄝd流子的方向即自由電子載流子的反方向。如果在其中摻入某種元素的微量 雜質(zhì)，將使摻雜后的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng) 。摻入 五價(jià) 元素的雜質(zhì)半導(dǎo) 體由于自由電子多而稱(chēng)為 電子型 半導(dǎo)體，也叫做 N型 半導(dǎo)體。 摻入 三價(jià) 元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自 由電子載流子的數(shù)量而稱(chēng)為 空穴 型半導(dǎo)體， 也叫做 P型 半導(dǎo)體。 注意： 摻入雜質(zhì)后雖然形成了 N型或 P型半導(dǎo)體，但整個(gè)半 導(dǎo)體晶體仍然呈電中性。 在一塊晶片的兩端分別注入三價(jià)元素硼和五價(jià)元素磷 + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － － － － － － － － － P區(qū) N區(qū) 空間電荷區(qū) 內(nèi)電場(chǎng) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)與常用器件 PN結(jié)形成的過(guò)程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂移 共存 。 但 PN結(jié)兩側(cè)的 P區(qū)和 N區(qū)導(dǎo)電率很高，相當(dāng)于導(dǎo)體，這一點(diǎn)和 電容比較相似，所以說(shuō) PN結(jié)具有 電容效應(yīng) 。 值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導(dǎo)致 電子 — 空穴對(duì)增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增 長(zhǎng)。平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定，即反向電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。 3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場(chǎng)阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過(guò)空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對(duì)擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。擊穿的原因主要有兩種： 當(dāng) PN結(jié)上加的反向電壓大大超過(guò)反向擊穿電壓時(shí)，處在強(qiáng) 電場(chǎng)中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價(jià)電子碰撞 出來(lái)，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的載流子又會(huì)在電場(chǎng)中獲得 足夠能量，再去碰撞其它價(jià)電子產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，如此