极管和二极管的基本结构Word格式.docx

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利用选特胜可以做成各种半导体器件瑚】一极管、-极管、晶闸管等。

半导体的这此导电特陀是由半导体材料的原于结构和蝌丁之n』的结台方式决定的。

本征半导体在制造半导体器件巾应用最多的材料是硅和锗，它们都足叫价元索，原r最卦层有旧个价电于。

将硅提纯托成申晶体时，硅原子排列很祭卉，彼此之间的距离也相等，其结构圻意图，每个原周围相邻的哪个原于组成』0价键结构，即每两个相邻的原子都自一对价于这种纯净的、具有啦晶结构的、导博称为奉征半导体。

单晶硅的原手结构成、意珂在共价键鼎构小，原干最外层虽然有八个电丁，世不像绝缘，的价电子被束缚得那样紧，闪此，在温度升岛或受光”褂，有少量价电子获得定能量（热激发）之后会挣脱博子桉带成为自由电子同叫扯原来位竹』。

热激励产半的电子卒对剐个空位，称为空几，可以想象，每有T491C107K006AT个束电子变为自由电子，必然同时出现一个夺穴称之为丁空穴别。

于空穴是共价键失去电子之后出现的，因此空穴带币电。

一个共价键中出现了卒穴，租容易性附近另一』价雠巾的电于移过来填亢，从而往移出电子的其价键中又出现空穴．已也可以爵…其相邻原子中的价电了米填充，如此继续进行，就表现为一廿正电阳卒穴在移动。

因此，在半导体两端外电压时，会出现曲部分电流一部分是带负电的自由电子定向移动肜成的电子电流；

另一部分是价电子填补空穴所形成的空穴电流。

斟此，电子和卒穴统称为半导体扣的载流丁。

拒半导伴中，电子与空穴同叫参与导电，半导体小的电流是电子}氘与宅穴流的总和，这就是半导作与金属在导电机理上的本质差别在半导体巾，自由子如果同空穴相遇，就释放出啦收的能量而填充到空穴巾，这个过程称为复台。

A毕导体日一激发日l复合营是不断地进行，定温度激发复合达到动态平衡，载流于数量强率一定，温度越高，电于空穴对数量越多，牛导体导电能力越强？

所以半导体的导电眭能受温度影响根人。

N型半导体和P型半导体室温下车征半导体的电子牵几对数艟檄少，导电能力很低。

转凄提高半导体的导电能力必须人为地增加载流了数量，其方法是在本征导体中掺人微量有用的杂质（某种兀录）。

掺八杂质后的半导体（称为杂质半拧体）根据杂质，分为Ⅳ型半导体和P剐半导体+i121N型半导体如果在硅（或渚）的单晶体中掺人微蚰的五价元素磷（或锑），则在磷（P）脒丁同周罔四个硅原子组成的共价键结构中，只需外层叫个价电子，多余的筇五个价电子很容易挣脱源子核的束缚，成为山电于，从而使自由l巳子的数量相应地增加，而空穴的数盛贴片钽电容仍然极少。

这种杂质半导体中多数为电子，少数城流予为空穴，罔此称为电f型半导体，叉称N型半导体。

在半导体中，由TT（价元索磷提供了自由电丁，吲而称磷原了为施宅原子施{．原于是小能移璃于，卫称施主正离子，自由电千（矸Th自电荷JO砸主离子（币日动正电荷蚓1—3Ⅳ型半导体曲鼎体结构另一类杂质半导体是在硅单晶体中掺人微量三价元素硼（或铝），在删（B）原子同周围四个相邻的硅原子组成的共价键结构中，因硼原于只有三个价电子而出现空穴，一个电场，其方向是从带正电的区指向带负电的区，如留1-7fb）所示。

由于这个电场足戴流_F托浓度上的差异而产生的散匡动形成的，不是外Ⅲ的，故称内电场或】址『场。

山于内【场对多数拭流于的继续#r散起虹碍作用，所以空荷区又称阻挡层。

另一负面1，根据内[U场西【与电子空，÷

带电般一陛关系，山I毡场还以推动P区少数戴滴子电子和N医少数戴流子空穴，越过空间电荷区，进八对方区域：

这种少数娥流了在也场的作用下有规则旧运动称为漂移运动，而漂移运动的方川与自敞运动方向相反从NLXu移刮P区的卒穴补觅了交界面附近P区失去的卒穴，而从P匠漂移到N区的电子补充了交界面附近N区所失去的电了：

因此，漂移运动的作用正好与扩散运动的作州相反，使空间电荷睦（PN结）蹙乖。

于是在一定条件F，多教戴流子旧扩散运曲减弱而少数载沆子的溧移运动加强，最^扩散运动和腰移运动达到动态平衡后，于是空间电荷区的宽度不再增加㈨形成稳定状态，即戚了稳定的PN结。

蛄量向导电性而讨论了PN站在设有外加电压叫构T491U107K006AT情况、这时半导体内存柱的散运动种葆移运动处于动平衡状惑。

讨论在结加外部电压叫的眦。

结外船正向电压'

结外加正曲机压的情况，血¨

阿】．直流电源的正饺接PⅨ，负极接区，外加电胜拈结上形成外加场，方向从基指向区，恰好与内电场方向相反，在外加电压作用下，扩散运动和漂移运动的动、衡状态微破坏，医的空穴和【苴的电子，在外加电压驱使可以越过结向区域扩散。

从医扩散到空问电荷区的电和从区扩散刮空间荷医的空穴，抵消部分空问荷的作用，】是空问电荷区韭窄，也就睦内电场被削弱，有利散运动不断地进行。

这样，PN结曲侧的多数载流子，越过PN绗而形成电流，此电流通过PN结的方向是从电源的嘏．经P医刺N区㈦副电蕊负极，称为正向电流所以这个方向的外枷电压称为正向电压，或称正向偏霞电压，JW结处丁导邋状态，此时的电阻称为正向电阻，的数值比较小。

N结外加}U压情况n）硎结加正.目.电压，结加反向电压姑外加反向电压PN结外加反向电压的情况直流电源的正极接区，负极接区，外加电压在PN结上形成外加屯场，其方向从区指向P区，恰好与内电场力向相同，在外加电压的作晕善用下扩散运动和漂移运动的动、F衡状态也被破坏，致使医的空穴和区的电子进~步离开结，使空间电荷区加宽：

这样，多数载流扩敞匿曲更难于进行。

闭此，由扩散运动形成的电流趋近于零。

山于结加宽，使，区和区的少数载漉于更容易形成漂移电流。

漂移叱流方向与扩散流方㈣相反，称为反川【U流，。

。

由r少数载流子浓垭很低，反向电流微小，般为微安级。

加反向电胝时结呈现很高的反目电5n，若忽略反向电流，PN姑则处1‘完全截止状态。

此外，反州电流受揣度影TDK电感响较大，温度不变叫，少数载'

u虎子-浓度基本不变，因而在一定的反向电压范州内，反向电流基本币变，敞咒J反向饱和电流综上所述，当PN结加正向电压时，PN结变窄，流过PN缔有较大的【[向扩散电流（正向电流），PN结呈低电刚，为导涵状态；

当PN结加反向电压川，PN结变宽，流过PN§

一，只柑微弱的肛州漂移电流，结望高电阻，为截止状态。

由此可见，P“结具有单力I自导电特眭。

思考题为什么半导体的导啦性能受温度的影州很大一千导电和空A导咆的型半导体和p型##体足怎样肜艘的空问电荷鹾是怎样彤诚蚋为什幺它的屯阻率讯高。

1.2半导体：

饭管基本结构在结侧加上相应的电救（阳极干n阴授）引线干¨

管壳.7J构成了半导体二极管。

按所用材料分类，．槛管有硅竹和锚钎，按结构分，二般管柯瓿接触刑邗而接触型两类，直阳极点半导体二极管（a）点接触型，（b）而接触型，（c）符}由于点接触型二极管PN结的结面积小，因而结电容小，适于高频工作，但不能通过较大正向电流，一般几十毫安以下。

所以常片I于高额检波、数字电路或小功率整流电路中。

而面接触型二极管，结面积较大，可通过较大的正向电流（几安、几十安甚至几百安），但由于其结电容大，所以适于低频状态下工作，常用做整流。

二极管的符号由P区引出的电极称阳极，由N区引出的电极称阴极。

符号中的箭头表示二极管的正向电流方向。

二极管的种类很多，各种型号二极管的命名方法及管于的外形可参阅书后附录。

伏安特T491B107M006AT性管两端的电压1J流过二极管的电流之问的关系m线称为二椴管的伏安特性曲线，它可实验测得罔】．】。

给Ⅲ了2CP33B刑畦二极管伏安特性。

下面刘二披管的粕陛和反向特分别加以分析|兑叫正向特性当：

极臂的槛接“+”，阴极接“一’，即承受I川Ⅱ电上E时的伏安特性称为正内特性？

从刳1l（）一-r再jf1，当二极竹所加正n】电小丁某．电压值“u.jlr向电流，。

≈（1，这是由十所加外电场西不足以克服站内_乜场对多数栽流子#1散所造成的阻力，敞此时正向电流几乎为零。

这个M域称为北风，称为北区fn压，兑大小和二极管的材料及温度有哭。

通常硅管的北区电压约为05V，锗管约为01v。

当所剖长大J死区电压（即“，>

“）时，内乜场被^人削弱，因而正向电流，．将迅速增加，二极管处-IF向导通状态。

导逋耐，计符正川压降为06_07V，管约为02-0.3V。

反向特挂当二襁管川捉接‘”，阴极接“+”，即承受反向电压时的伏安特胜称为反l叫特性由幽l。

10可以看Ⅲ，当外加反电搌。

卟】【）2CP33B型辞二槛管的伏安特性丁某电压“。

时，反向电流，。

贴片钽电容很小日基本不变，称为反向饱和电流。

/l,是二掇符PN结扯U。

作用r由少数载流子漂移形成的，在温度一定时，少数载流子数量基本不变，所以为饱和电流，其值很小。

如小功率硅二极管的般在几微安以下。

当滴度增高时，随之增大。

而当所帅反向电压增大到某一数值。

川，反向电流』。

突然增大，称二极管被反向击穿，称为反向击穿电压。

二极管铍击穿后，一般不能恢复原有性能，失去了单向导电眺。

i.2.3主要参数（I）最大整流电流/o.。

已指二极管杠长期使用时，允许流过一极管的蛾大正向平均电流。

当电流超过{废值时，将冉丁P^结过热而使二檄管损坏。

（21最高反¨

I作电r叵“…保id-．救管不被击穿所允许施加的最大反向电挂，一般规定为反向击穿电压或三分之二。

3）最反向电流，…一极管加E最高压向[作电n三时的反向电流。

管子的反in电流愈小，说明其中向导电陛愈好。

温度升高会使反向电流显著增加使用时应该注意。

二极管的应用范围很广，主要是利崩岜的单向导电忡。

它用于整流、检渡、限幅、元件保护“及在数字电路中作为开关元件等。

例I-l屯路如圉l-11所示，输入电压“：

_J2址”n“，画出输出电压‰波形。

解：

“，正半周：

二极管D承受IE向电压而导坷，在忽略二槛管正向压降的情况下U2由蚓1.14（1，）得显然本例的关键是捉管的】E川他降问题，毫无意义6m/>

10mA饭管的正川I、降必须考虑．若忽略lf、降，率倒思考题般将片打单a导电陀为什幺会出班6为“幺二收管旧反向饱和电流与折加Z向，越皮列反m饱抑流有幺影”f-，如果二椒管流过的『rn』平均U洫小于址大o$流电流/m，m其承受f阻器高扭…U止^干∽lⅥ￡一定会捌坏-5，为制么”18如何判断二械管址甜导通”1.3稳压二极管稳压一报管是种特殊的’}导体二极管，具有稳T491B686K006AT压特性通常弥为稳压管。

7J{、钎川1‘稳压设备及其他地电子线蹄中。

1.3.1伏安特性舟1—15（a1、汕j分别为稳压管的伏安特肚和表币符号。

从图中叫以打山稳压一极管的伏安特陆和普通二槭管的伏安特睦基本胡『叫，其差蚪是已的反向特肚比较陡，它足争门殳L在反哦击芽状态下[竹：

的，从反向特陛m线呵以看出，当反向电压在一定范围内变化时，反向电流很/1；

当反向电压增高到击穿电压时，反向电沈突然剧增，此叫稳压管被反向击穿。

此盯电流虽在较大的范同内变化，但稳胜管两图l-15稳l、锋的伏蛊卦性及符号，a）袍-“符舶怅￡特比．（b：

神号端的电压却变化微小。

止是利用这一特性，稳压管杠1U路中起到稳定电压作用。

稳住管与一般。

性管不川，H要流过已的反向电流不越过某允许值，稳压管就小会损坏去掉反向U压后，PN结