【正文】 半導(dǎo)體 三、 PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦? 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 。第 1 章 常用半導(dǎo)體器件 電子電路就是將電子器件與通常的電阻、電容、電感、開關(guān)等元件適當(dāng)?shù)剡B接起來。 電子電路與普通電路的的區(qū)別也就在于它們含有電子器件，而這些器件的特性往往是非線性的。 無雜質(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。 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)體基礎(chǔ)知識(shí) 本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 硅和鍺都是 四價(jià) 元素 ， 在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱為 價(jià)電子 。 (a) 硅和鍺 的 晶體結(jié)構(gòu) (b) 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (c) 價(jià)電子 本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 價(jià)電子 共價(jià)鍵 單晶體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 本征半導(dǎo)體中的兩種載流子 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 在絕對(duì) 0度 （ T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí) ,價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即 載流子 ），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。 本征半導(dǎo)體中的兩種載流子 這一現(xiàn)象 稱為 熱激發(fā) ， 也叫本征激發(fā) 。 自由電子 和 空穴 使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力 ， 但很微弱 。 即載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高而增加。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 在一定溫度下，熱激發(fā)和復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，自由電子與空穴的數(shù)目（濃度）就一定了 。 ? 本征半導(dǎo)體中 自由電子 和 空穴 的濃度用 ni 和 pi 表示 ， 顯然 ni = pi 。溫度越高，載流子的濃度越高，因此其導(dǎo)電能力也越強(qiáng)。 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 1. N型半導(dǎo)體 摻入五價(jià)元素 N 型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 自由電子 施主原子 +5 在 N型半導(dǎo)體中 ， 摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子的濃度 ， 所以 ， 自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度 ， 即 n p 。 N型半導(dǎo)體主要靠電子（多數(shù)載流子）導(dǎo)電。 空穴為多數(shù)載流子 ， 電子為少數(shù)載流子 。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 載流子數(shù) ? 空穴數(shù) 載流子數(shù) ? 電子數(shù) 特點(diǎn)： 載流子濃度 [電阻率 ]由 摻雜 決定。但由于數(shù)量的關(guān)系， 起導(dǎo)電作用的主要是多子 。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 說明： 1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度 。 4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示： 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體 載流子的數(shù)目 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體 ， 因而其導(dǎo)電能力大大改善 ?？昭樦妶?chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，電子則反之。 在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導(dǎo)體 ， 另一側(cè)摻雜成為 N 型半導(dǎo)體 ， 兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層 (不能移動(dòng)的正 、 負(fù)離子 )， 稱為 PN 結(jié) 。 N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于 P區(qū)。 ? 內(nèi)電場(chǎng)的作用 : 漂移運(yùn)動(dòng)（少子） 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 少子的運(yùn)動(dòng)與多子運(yùn)動(dòng)方向相反 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（多子） 多子擴(kuò)散、少子漂移， 離子不動(dòng) （ 3） 擴(kuò)散和漂移達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡， 就形成了穩(wěn)定的 PN結(jié)。 即 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? （ 1） 外加 正向 電壓 (又稱 正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏 )P+——N 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 外電場(chǎng)方向 內(nèi)電場(chǎng)方向 空間電荷區(qū) V R IF P N 外電場(chǎng)使多子向 PN 結(jié)移動(dòng)，中和部分離子使空間電荷區(qū) 變窄， 有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而漂移運(yùn)動(dòng)減弱，形成正向電流。 （ 2） 外加 反向 電壓 (又稱反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏 )P——N+ 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) P 區(qū) N 區(qū) 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) IR + 外電場(chǎng)使多子背離 PN 結(jié)移動(dòng)，使空間電荷區(qū) 變寬， 阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成反向電流 。 反向電流又稱 反向飽和電流 。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) PN結(jié)具有單向?qū)щ娦? 結(jié)論： PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大 。 PN結(jié)的電流方程（ P15) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) )1e( /S ?? TUuIi 反向飽和電流 溫度的 電壓當(dāng)量 qkTUT ?電子電量 玻爾茲曼常數(shù) 當(dāng) T = 300 K(27?C)： UT = 26 mV PN結(jié)的伏安特性（ P16) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) O u /V I /mA 正向特性 反向特性 ?加正向電壓時(shí) ?加反向電壓時(shí) i≈–IS TUUS eIi ? 半導(dǎo)體二極管 一、二極管的組成 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、二極管的組成 將 PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。 60 40 20 – – 0 –25 –50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 2CP31 反向特性 – 50 I / mA U / V – 25 5 10 15 – – 鍺管的伏安特性 2AP26 0 半導(dǎo)體二極管 正向特性 當(dāng)正向電壓比較小時(shí) ， 正向電流很小 ， 幾乎為零 。 Uon與材料和溫度有關(guān) 。 Uon ≈ V V (硅管 ) (鍺管 ) UD = ( ? ) V（硅管），一般取 ( ? ) V（鍺管），一般取 導(dǎo)通電壓： 半導(dǎo)體二極管 反向特性 – – 0 –25 –50 I / mA U / V 反向特性 當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后 ， 反向電流不隨電壓增加而增大 ， 即飽和 。 擊穿并不意味管子損壞 ， 若控制擊穿電流 ， 電壓降低后 ，還可恢復(fù)正常 。 加正向電壓時(shí)導(dǎo)通 ， 呈現(xiàn)很小的正向電阻 ， 如同開關(guān)閉合；加反向電壓時(shí)截止 ，呈現(xiàn)很大的反向電阻 ， 如同開關(guān)斷開 。 ? 溫度對(duì)二極管特性的影響 60 40 20 – 0 –25 –50 iD / mA uD / V 20?C 90?C 半導(dǎo)體二極管 二極管的特性對(duì)溫度很敏感！ 在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將左移，反向特性將下移。 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。設(shè)二極管導(dǎo)通電壓 UD=。 ?根據(jù)二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二極管是否導(dǎo)通：若為正電壓且大于開啟電壓，則管子導(dǎo)通，否則截止； 例 1 試求電路中電流 I I IO 和輸出電壓 UO 解： 假設(shè)二極管斷開 UP = 15 V ( V) 9 12 31 3N ????UUP UN 二極管導(dǎo)通 等效為 V 的恒壓源 P N UO = VDD1 ? UD(on)= 15 ? = (V) IO = UO / RL= / 3 = (mA