【正文】 1016 cm? 3 K? 3 / 2。 T=300K(27℃ ) ni =*1010cm3 原子密度： 5*1022cm3 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱 本征載流子濃度隨溫度升高近似指數(shù)上升。 我們可以 人工少量摻雜某些元素的原子 ， 從而顯著提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 ， 這樣獲得的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體 。 ? 15 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 15 一 、 N 型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)原子 ， 即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體 。 Dn Nn ?D2in2in Nnnnp ??自由電子濃度 雜質(zhì)濃度 ? 16 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 16 二 、 P 型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)原子 ， 即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體 。 Ap Np ?A2ip2ip Nnpnn ??空穴濃度 摻雜濃庹 ? 17 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 17 本征半導(dǎo)體載流子受溫度、光照影響大； 雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子主要受摻雜濃度控制； ? 18 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 18 漂移電流和擴(kuò)散電流 半導(dǎo)體中載流子進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng) ， 就會(huì)形成半導(dǎo)體中的電流 。 擴(kuò)散電流： 半導(dǎo)體中載流子濃度不均勻分布時(shí)，載流子會(huì)從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散，從而形成擴(kuò)散電流， 該電流的大小正比于載流子的濃度差即濃度梯度的大小。 PN 結(jié)的形成 ? ? ? + + + ? + P 區(qū) N 區(qū) ( a ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + P 區(qū) N 區(qū) ( b ) 空間電荷區(qū) 內(nèi)建電場 0 UB UB ? ? 圖 PN 結(jié)的形成 ( a ) 多子的擴(kuò)散； ( b ) 空間電荷區(qū)，內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差的產(chǎn)生 ? ? ? + + + ? + ? ? ? + + + ? + ? ? ? + + + ? + 多子擴(kuò)散 空間電荷區(qū) ， 內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差的產(chǎn)生 少子漂移 動(dòng)態(tài)平衡 ? 20 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 20 空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或勢(shì)壘區(qū) 。 耗盡區(qū) 耗盡區(qū) ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + + + + + ( a ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ( b ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + P?區(qū) N 區(qū) P 區(qū) N?區(qū) 圖 .2 摻雜濃度不對(duì)稱的 PN 結(jié) ( a ) P+N 結(jié)； ( b ) P N+ 結(jié) ? 21 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 21 PN 結(jié)的單向?qū)щ娞匦? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) 0 UB ? U UB ? ? E R ? ? U 內(nèi)建電場 外加電場 正向電流 圖 正向偏置的 PN 結(jié) 一 、 正 向偏置的 PN 結(jié) 正向偏置 耗盡區(qū)變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng) ，漂移運(yùn)動(dòng)減弱 正向電流 二 、 反 向偏置的 PN 結(jié) P 區(qū) 耗盡區(qū) 0 UB ? U UB ? E R U 內(nèi)建電場 外加電場 N 區(qū) 反向電流 ? ? ? 圖 反向偏置的 PN 結(jié) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + 反向偏置 耗盡區(qū)變寬 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱 ，漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng) 反向電流 ? 22 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 22 PN 結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕?PN 結(jié)只需要較小的正向電壓，就可以使耗盡區(qū)變得很薄，從而產(chǎn)生較大的正向電流，而且正向電流隨正向電壓的微小變化會(huì)發(fā)生明顯改變。 ? 23 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 23 PN結(jié)電流方程 i=IS(equ/kT1)= IS(eu/UT1) q : 電子電荷量 ， *1019 C T : 熱力學(xué)溫度 (K)。 IS : 反向飽和電流，與 PN結(jié)材料、制作工藝、溫度等有關(guān) UT=kT/q : 溫度的電壓當(dāng)量或熱電壓。 PN 結(jié)擊穿時(shí)，只要限制反向電流不要過大，就可以保護(hù) PN 結(jié)不受損壞。 (UBR 5V) UBR介于 5~7V時(shí)，兩種擊穿都有。 一、勢(shì)壘電容 P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? | u| P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? | u| ↑ ( a ) ( b ) 圖 耗盡區(qū)中存貯電荷的情況 ( a ) u 增大時(shí)存貯電荷減少； ( b ) u 減小時(shí)存貯電荷增加 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + ? ? ? ? + + + + dSUuCuQCn?????????? ?????B0TT1CT0為 u = 0 時(shí)的 CT，與 PN 結(jié)的結(jié)構(gòu)和摻雜濃度等因素有關(guān)； UB為內(nèi)建電位差； n 為變?nèi)葜笖?shù)，取值一般在 1 / 3 ~ 6 之間。 ? 26 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 26 二、擴(kuò)散電容 P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? u P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) ? ? u ? ? u 0 0 n p0 p n0 p n ? ? n n n p ? ? p p ? Q n ? Q p uuQC???????? pnD PN 結(jié)的結(jié)電容為勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容之和 ， 即 Cj = CT + CD。 當(dāng) PN 結(jié)正偏時(shí) ， CD 遠(yuǎn)大于 CT ， 即 Cj ? CD ；反偏的 PN 結(jié)中 ， CT 遠(yuǎn)大于 CD， 則 Cj ? CT 。 D:P型硅材料 P:普通管； W:穩(wěn)壓 。 u D i D U D ( on ) 0 圖 二極管的伏安特性 I S 擊穿 TDSDUueIi ?T 2 ? T 1 一、二極管的導(dǎo)通，截止和擊穿 當(dāng) uD 0 且超過特定值 UD(on) 時(shí)， iD 變得明顯，此時(shí)認(rèn)為二極管導(dǎo)通，UD(on) 稱為導(dǎo)通電壓 (死區(qū)電壓 ) ； uD 0 時(shí)，二極管是截止的； 當(dāng)反向電壓足夠大時(shí)， PN 結(jié)擊穿，二極管中的反向電流急劇增大，二極管被擊穿。 三 、 二極管的電阻 Q( U D , I D ) u D i D 0 Q( U D , I D ) I D U D ( a ) u D i D 0 ( b ) ? i ? u D1RD1r圖 4 .3 .4 二極管電阻的幾何意義 ( a ) 直流電阻 R D ； ( b ) 交流電阻 r D QDDD IUR ?QD iur???直流電阻 交流電阻 ? 30 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 30 RD 和 rD 隨工作點(diǎn)的位置變化而改變 DTSTQSTDTDTddIUeIUeIUiuiurUUUu??????? 溫度對(duì)二極管伏安特性的影響 T 增大 ； Is 增大， T增大 10倍， Is增大一倍。 )on(DU CmVdTdU OonD /)( ??? 31 ? 第四章 常用半導(dǎo)體器件原理 31 二極管的近似伏安特性和簡化電路模型 uD iD UD ( on ) 0 一 般二極管 uD iD UD ( on ) 0 交流電阻為零的二極管 uD iD 0 理想二極管 D1rI II II I II I rD ? 0 UD ( on ) ? 0 rD ? 0 UD ( on ) rD uD ? UD ( on ) uD ? UD ( on ) UD ( on ) uD ? UD ( on ) uD ? UD ( on ) uD ? 0 uD ? 0 I II I II I II ? 3