【正文】 （簡稱多子） 空穴是少數(shù)載流子（簡稱少子） 空穴是多數(shù)載流子 自由電子為少數(shù)載流子。 2 摻雜后 N 型半導體中的自由電子濃度 : n=5 1016/cm3 雜 質(zhì)對半導體導電性的影響 9 PN結的基本知識 本征半導體及其導電性 雜質(zhì)半導體 PN結及其單向導電性 PN結電容 +4 半導體 : 導電特性介于導體和絕緣體之間 典型的半導體有 硅 Si和 鍺 Ge以及 砷化鎵 GaAs等。 在空間電荷區(qū)中缺少多子，所以也稱 耗盡層 。 否 問題？ 當動態(tài)平衡被外電場打破后，會如何？ 擴散 :空穴 電子 漂移 :電子 空穴 內(nèi)電場 PN結及其單向導電性 1. PN結的形成 12 2. PN結的單向導電性 只有在外加電壓時才 … 擴散與漂移的動態(tài)平衡將 … 定義： 加 正向電壓 ，簡稱 正偏 加 反向電壓 ，簡稱 反偏 ? 擴散 漂移 ? 有正向擴散電流 (多子 ? 電流較大 ) ? 低電阻 ? 正向導通 ? 漂移 擴散 ? 反向漂移電流 (少子 ?電流 很小的 ) ? 高電阻 ? 反向截止 PN結及其單向導電性 內(nèi)電場 內(nèi)電場 外電場 外電場 13 i D O V BR v D 圖 PN結伏安特性 3. PN結的伏安特性 )1e()1e(DDSSD ???? TVkTqIIivv正向特性 TVIi DeSDv?反向特性 SD Ii ??反向擊穿特性 （擊穿電壓） 倍增效應 雪崩擊穿 齊納擊穿 PN結及其單向導電性 PN結 (二極管 )特性描述方法 陡峭 ?電阻小 正向導通 特性平坦 ?反向截止 溫度一定，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度一定 反向擊穿 PN結方程（理論計算仿真） IS — 反向飽和電流 VT — 溫度的電壓當量 (26mV) 曲線（對應圖解法） 齊納二極管、穩(wěn)壓二極管 14 P N V D 電子濃度分布 空穴濃度分布 圖 擴散電容效應 (1) 勢壘電容 CB (2) 擴散電容 CD PN結電容 PN結的基本知識 用來描述勢壘區(qū)的空間電荷隨外加電壓變化而變化的電容效應 多數(shù)載流子的擴散運動是形成擴散電容的主要因素 圖 勢壘電容與外加電壓關系 15 2 半導體二極管及其應用電路 PN結的基本知識 PN結及其單向導電性 半導體二極管 二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù) 二極管模型 二極管應用電路 整流電路 限幅電路 特殊二極管 穩(wěn)壓二極管 了解半導體材料的基本結構及 PN結的形成 掌握 PN結的單向導電工作原理 掌握二極管（包括穩(wěn)壓管）的 VI特性及其基本應用 基本要求： 問題 1： 二極管 (PN結 )主要特性是？ 其工程描述方法？ 問題 2： 二極管電路 (非線性 )分析方法 ? 最常用的是？ 問題 3： 常用的二極管電路及功能？ ? 其他特性－ 擊穿特性 。 ? 原理：多子 擴散 和少子 漂移 的 動態(tài)平衡 擊穿特性 16 半導體二極管 二極管的結構 二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù) 二極管模型 陰極 k 陽極 a PN結 加上引線和封裝 ? 二極管 按結構分類 點接觸型 面接觸型 平面型 17 陰極引線陽極引線PNP 型支持襯底點接觸型 面接觸型 平面型 二極管的結構 18 v D / V 0 0 .2 0 . 4 0 . 6 0 .8 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 4 0 5 10 1 5 20 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 40 i D /? A i D / m A V BR V th 0 vD/ V 0 .2 0 . 4 0 . 6 ? 2 0 ? 4 0 ? 60 5 10 1 5 20 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 40 iD/? A iD/ m A 圖 硅二極管的 2CP10的伏安特性 圖 鍺二極管 2AP15的伏安特性 二極管的伏安特性 半導體二極管 正向特性 反向特性 反向擊穿特性 Vth = （硅） Vth = （鍺） 注 意 1. 死區(qū)電壓（門坎電壓） 2. 反向飽和電流 (?好 ) 硅： ?A；鍺： 10?A 3. PN結方程（近似） )1( /SD D ?? TVveIi19 圖 溫度對二極管特性曲線 的影響示意圖 溫度對二極管特性的影響 二極管的伏安特性 半導體二極管 溫度升高時 : vD iD ? V 50 ? C 25 ? C O 50 ? C 25 ? C 正向特性曲線向左移動 溫度 ?1℃ ，正向壓降 ?2~ 反向特性曲線向下移動 溫度 ? 10℃ ，反向電流 ? 一倍 20 1. 最大整流電流 IF 2. 最高反向工作電壓 VRM 3. 反向電流 IR 4. 極間電容 Cd 5. 最高工作頻率 fM 二極管的主要參數(shù) 半導體二極管 0 vD/ V 0 .2 0 . 4 0 . 6 ? 2 0 ? 4 0 ? 60 5 10 1 5 20 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 40 iD/? A iD/ m A 圖 鍺二極管 2AP15的伏安特性 IF VRM VBR IR 極限 直流 交流 21 2 半導體二極管及其應用電路 PN結的基本知識 PN結及其單向導電性 半導體二極管 二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù) 二極管模型 二極管應用電路 整流電路 限幅電路 特殊二極管 穩(wěn)壓二極管 了解半導體材料的基本結構及 PN結的形成 掌握 PN結的單向導電工作原理 掌握二極管（包括穩(wěn)壓管）的 VI特性及其基本應用 基本要求： 問題 1： 二極管 (PN結 )主要特性是？ 其工程描述方法？ 問題 2： 二極管電路 (非線性 )分析方法 ? 最常用的是？ 問題 3： 常用的二極管電路及功能？ ? 其他特性－ 擊穿特性 。 ? 原理：多子 擴散 和少子 漂移 的 動態(tài)平衡 擊穿特性 ? 安全－ 2個極限參數(shù) 22 二極管模型 半導體二極管 v D / V 0 0 .2 0 . 4 0 . 6 0 .8 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 4 0 5 10 1 5 20 ? 10 ? 20 ? 3 0 ? 40 i D /? A i D / m A V BR V th 圖 硅二極管的伏安特性 對于非線性器件，分析方法有： 非線性分析方法 （ PN結方程，比較復雜） 根據(jù)不同的工作條件和要求，在分析精度允許的條件下，采用不同的模型來描述非線性元器件的電特性。 而且， D處于反向截止時最簡單！ vO ? 0 vO ? vD 右圖 vO ? vD+ VREF ?分析任務：求 vD、 iD ? 目的 1: 確定電路功能，即信號 vI傳遞到 vO ，有何變化？ ? 目的 2: 判斷二極管 D是否安全。 vO 與 vI 的關系由 D的狀態(tài) 決定。求 VD、 ID。求 VD、 ID。 vO 與 vI 的關系由 D的狀態(tài) 決定。 （ R=10k?） （ a） VDD=10V 時 （ b） VDD=1V 時 +?? DiDV DD+?? DiDV DDV D+?? DiD