1、1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 二极管电路的分析方法及应用 1.4 特殊二极管 1.5 半导体三极管 1.1 半导体的基础知识 1.1.1 导体、半导体和绝缘体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体 1.1.4 PN结 1.1.1 导体、半导体和绝缘体 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的特殊性能： 掺杂性 热敏性 光敏性 1.1.2 本征半导体 硅晶体的空间排列 本征半导体完全纯净的、不含杂质的半导体。 它在物理结构上呈单晶体形态。 晶体的共价键结构 硅和锗的原子结构简
2、化模型及晶体结构 两种载流子：电子和空穴 空穴共价键中的空位 。 电子空穴对由热激 发而产生的自由电子和 空穴对。 空穴的移动空穴的 运动是靠相邻共价键中 的价电子依次充填空穴 来实现的。 两种载流子本征激发、复合动态平衡 1.1.3 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质 ，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂 质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导 体称为杂质半导体。 N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。 P型半导体掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。 1. N型半导体 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的
3、一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。 2. P型半导体 因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂 形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。 掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本
4、征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=51016/cm3 3. 杂质对半导体导电性的影响 本征半导体、杂质半导体 有关概念 自由电子、空穴 N型半导体、P型半导体 多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质 内电场E 因多子浓度差 形成内电场 多子的扩散 空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。 PN结合 空间电荷区 多子扩散电流 少子漂移电流 耗尽层 1 . PN结的形成 1.1.4 PN结 内电场E 多子扩散电流 少子漂
5、移电流 耗尽层 动态平衡： 扩散电流 漂移电流总电流0 势垒 UO 硅 0.5V 锗 0.1V 对于P型半导体和N型半导体结合面，离 子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也 称耗尽层。 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 2 .PN结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为 加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏 。 PN结加正向电压时的导电情况 (1) PN结加正向电压时 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 耗尽层变窄 扩散运动漂移运动 多子扩散形成正向电流I F 正向电流 低电阻 大的正向扩散电流 P
6、N结的伏安特性 PN结加正向电压 PN结加反向电压时的导电情况 2 .PN结的单向导电性 (2) PN结加反向电压时 外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 耗尽层变宽 漂移运动扩散运动 少子漂移形成反向电流I R PN 在一定的温度下，由本 征激发产生的少子浓度是 一定的，故IR基本上与外加 反压的大小无关，所以称 为反向饱和电流。但IR与温 度有关。 PN结的伏安特性 PN结加反向电压 高电阻 很小的反向漂移电流 在一定的温度条 件下，由本征激发决 定的少子浓度是一定 的，故少子形成的漂 移电流是恒定的，基 本上与所加反向电压 的大小无关，这个电 流也称为反向饱和电 流。 2 .
7、PN结的单向导电性 PN结加正向电压时，呈现低电阻 ，具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻 ，具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。 (3) PN结V- I 特性表达式 其中 PN结的伏安特性 IS 反向饱和电流 VT 温度的电压当量 且在常温下（T=300K） 3 .PN结的伏安特性表达式 4 . PN结的反向击穿特性 当PN结的反向电压 增加到一定数值时，反 向电流突然快速增加， 此现象称为PN结的反向 击穿。 热击穿不可逆 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿可逆 5.PN结的电容效应 (1) 势垒电容CB 势垒电容示意图 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应 地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化 ，就像电容充放电一样。 (2) 扩散电容CD 扩散电容示意图 5.PN结的电容效应 当外加正向电压 不同时，PN结两 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。 电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来 极间电容（结电容） end
