【正文】 1）所示。勢壘區(qū)兩側半導體的少子進入勢壘區(qū)時，勢壘區(qū)的電場使這些少子做定向移動，使P區(qū)的電子進入N區(qū)，使N區(qū)的空穴進入P區(qū)。這種雜質半導體以空穴導電為主，空穴是多數(shù)載流子（即多子），而自由電子是少數(shù)載流子（即少子）。砷原子有5個價電子，其中有4個與相鄰的鍺原子結合形成共價鍵，余下的一個不在共價鍵內，砷原子對它的束縛力較弱，因此只需得到極小的外界能量，這個電子就可以掙脫砷原子的束縛而成為自由電子。當溫度一定時，激發(fā)和復合達到動態(tài)平衡。本征激發(fā)的實質是：當溫度升高時，價電子獲得足夠的能量，從能量較低的價帶躍遷到能量較高的導帶能級上去。因此，只要產生一個自由電子，必然對應著一個空穴，即電子和空穴成對出現(xiàn)，稱為電子空穴對。半導體有本征半導體和雜質半導體之分，而應用更為廣泛的是雜質半導體。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導電流的電子器件。當溫度變化時，二極管的特性將會產生一系列的變化，所以研究并利用二極管的溫度特性具有十分重要的意義。通過本設計工作，以加深對簡易溫度調節(jié)器的工作特征及優(yōu)越性的更深層次的理解，為以后從事相關方面的進一步學習和研發(fā)打下一個堅實基礎和知識與技術儲備，所以，該工作具有很重要的理論和現(xiàn)實意義。 畢業(yè)論文 題 目： 二極管的溫度特性及應用實例研究學 院： 物 理 與 機 電 工 程 學 院 河西學院本科生畢業(yè)論 文（設計）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的 本科畢業(yè)論文，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議，除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。論文的主要內容、基本要求及其主要的研究方法：本論文主要著眼于對二極管的溫度特性進行研究并對其進行應用。本文立足于半導體材料和器件的發(fā)展狀況，以二極管的基本結構、工作原理為基礎，重點研究了二極管的溫度特性，并嘗試設計了一種新型的簡易溫度調節(jié)器（傳感器）。在半導體二極管內部有一個PN結，外加兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。當外加的反向電壓高到一定程度時，PN結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。雜質半導體是摻入了高價或低價雜質元素的半導體，相對于本征半導體，其導電性大大改善。溫度越高，產生的電子空穴對就越多，這種產生電子空穴對的過程，稱為本征激發(fā)。當價電子得到大于帶隙能量Eg的能量之后，可以克服共價鍵的束縛，從價帶跳到導帶而成為自由電子。即溫度一定時，本征半導體內的電子濃度和空穴濃度相等，而且是一個定值。所以在室溫下，幾乎所有的雜質都已電離釋放出自由電子。+44+4價電子空位+4+3+4受主雜質+4+4+4 圖（1 1） N型半導體施主雜質的電離示意圖+4+4+4價電子+4+5+4自由電子+4+4+4 圖（12） P型半導體受主雜質的電離示意圖 PN結PN結的形成是由同一塊半導體一端摻入施主雜質，成為N型半導體，另一端摻入受主雜質，成為P型半導體，這兩種雜質半導體緊密的接觸在一起，在接觸處保持晶格的連續(xù)性，在接觸面便形成了一個PN結。這種在電場作用下少子的定向運動稱為漂移。由于勢壘的下降，使擴散得以進行，于是有較多的電子不斷地從N區(qū)擴散到P區(qū)，較多的空穴不斷的從P區(qū)擴散到N區(qū)。,，當正向電壓高于門檻電壓后，電流隨電壓基本上按指數(shù)規(guī)律增長，成為二極管的導通區(qū)，當正向電流達到一個較大數(shù)值后，二極管的正向電壓變化很小，處于導通狀態(tài)，對應的電壓成為導通電壓，記為Von。一般硅PN結的IS為10151010A。在正向電流較小，在反向電壓不大時，實際PN結的伏安特性與理想PN結的伏安特性相近，超出此范圍，就會出現(xiàn)較大的誤差。雪崩擊穿一般發(fā)生在摻雜濃度較低，外加反向電壓又較高的PN結中。 熱擊穿上述的電擊穿過程是可逆的，也就是說當PN結擊穿時，只要PN結的反向電流限制在一定的范圍內，使消耗在PN結上的功率未超出最大允許值，PN結未被燒毀，那么反向電壓減小后，PN結仍可恢復成原來的正常狀態(tài)。當溫度升高時，熱激發(fā)產生的載流子增加，使反向飽和電流IS增加。在一般應用電路中，半導體材料和器件性能的這種對溫度的依賴是一種缺陷，因為它會導致電路工作不穩(wěn)定，所以總是盡量設法克服和避免。硅溫敏二極管的磁靈敏度雖比砷化鎵溫敏二極管高，但由于它的工藝成熟，成本低，且在低溫下有較高的靈敏度，因此，是目前產量和用量最大的一種溫敏二極管。由半導體理論可知，對于實際的二極管來說，只要它們工作在PN結空間電荷區(qū)中的復合電流和表面漏電流可以忽略，而又未發(fā)生大注入效應的電壓和溫度的范圍內，它們的特性就與理想模型相符。將式（）對T求偏導，可得靈敏度表達式： ()由式（）可知，溫敏二極管的靈敏度為負值，且與常數(shù)r，溫度T及電流IF有關。對于低溫測量，恒定工作電流一般取1050uA。比較器采用集成運算放大器uA741，由RP2調整給定。Ur為參考電壓，由Rp2調整給定。但由于種種條件的限制，最終電路的工作狀態(tài)及輸出出現(xiàn)一定的問題，同時也反映出本人在這方面專業(yè)知識和動手操作能力比較欠缺，這還需要我在今后的工作和生活中繼續(xù)努力。在這里向所有關心過我的、在我的人生旅途中留下痕跡的人們表示最真摯的感謝。一般來講，晶體二極管是一個由P型半導體和N型半導體燒結形成的PN結界面。整流二極管，也是很常見的，利用的是二極管的單向導通特性，從而可以將負極性電信號濾掉半波整流，也可以進行其它的整流例如全波整流。SBD不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。穩(wěn)壓管反向電壓在一定范圍內變化時，反向電流很小，當反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然猛增，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后，電流雖然在很大范圍內變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當小，利于這一特性，穩(wěn)壓管訪問就在電路到起到穩(wěn)壓的作用了。一種將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。簡易溫度調節(jié)器是利用半導體材料和器件的某些性能參數(shù)的溫度依賴性，實現(xiàn)了對溫度的檢測，控制或補償?shù)裙δ堋Ｋ倪M行計算機仿真。論文撰寫，寫出初稿，進行修改并定稿。河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書論 文 題 目二極管的溫度特性及應用實例研究作 者 姓 名陳立娟所屬系、專業(yè)、年級物理與機電工程學院物理學09（3）指導教師姓名、職稱南雅公 副教授任務下達日期一. 論文（設計）的主要內容論文應在正確認識設計題目的前提下，認真研讀文獻資料，介紹二極管的發(fā)展及特性，重點研究溫度對二極管正向特性，反向特性的影響。自60年代以來，隨著半導體技術和測量技術的飛速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在電流一定的情況下，PN結的正向電壓和溫度之間呈現(xiàn)相當好的線性關系。P區(qū)的載流子是空穴,N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個PN結組成的半導體器件，也具有單方向導電特性。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。是近年來間世的低功耗、大電流、超高速半導體器件。常見的有保護場效應管，即在場效應管柵極反向并接一個二極管。當外加電壓等于零時，由于PN 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。謝謝南雅公老師在我論文完成過程中對我的指導與幫助。另外，在實物電路中電壓和時間的線性關系不好直接掌控。Ux。Ux隨溫敏二極管的溫度變化而變化，而比較器的輸出按差分電壓的變化而變化，并驅動由晶體管構成的電流控制器，控制加熱器加熱。然而，對于某些溫度測量，往往有意加大工作電流，使溫敏二極管工作在自熱狀態(tài)下，利用環(huán)境條件的變化對溫度的影響，實現(xiàn)對某些非溫度量如流體流速和液面位置等的檢測。當T=T1時，式（）變?yōu)? ()由式（）可知，對于給定的溫敏二極管，只要工作在恒定電流下，在某已知溫度T1下的靈敏度S1就僅取決于電流IF1(或正向電壓UF1)大小。研究表明，對于鍺和硅二極管，在相當寬的一個溫度范圍內，其正向電壓與溫度之間的關系符合式（）和式（）。 工作情況簡介由PN結理論可知，對于理想二極管，只要UF大于幾個Tk0/q，其正向電流IF與正向電壓UF和溫度T之間的關系就可表示為 （）式中:指飽和電流；B’=AB指與溫度無關并包含結面積A的常數(shù)；r指與遷移率有關的常數(shù)（，而可通過求得，DN是電子擴散系數(shù) 是非平衡電子壽命）；T是指絕對溫度，其單位為K。根據(jù)工作機理，半導體溫敏器件可分為電阻型和PN結型兩大類，它們分別以半導體材料的電阻率和PN結特性對溫度的依賴關系作為其工作基礎。即： ()當外加電壓一定時，雖然 隨著溫度的增加而略有減小，但遠沒有IS隨溫度增加的程度大，所以二極管正向電流要增大。熱擊穿將導致PN結的永久性損壞，所以在工程上一定要避免出現(xiàn)。b 齊納擊穿齊納擊穿的物理過程與雪崩擊穿不同。PN結的反向擊穿現(xiàn)象可以分為以下兩種情況。由以上分析可知，PN結加正向電壓和方向電壓時的伏安特性均可用（）式表示。 反向特性當PN結的P區(qū)引出端接電源的負極，N區(qū)引出端接電源的正極，即PN結加反向電壓（反向偏置）時，外加電壓產生的電場與PN結的內電場方向相同，加強了內電場打