电工与电子技术课件chap1(下)PPT资料.pptPPT资料.ppt

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常见的半导体材料有常见的半导体材料有硅硅、锗、硒及许多金属的氧、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。

化物和硫化物等。

半导体材料的特性：

1.纯净半导体的导电能力很差；

纯净半导体的导电能力很差；

2.温度升高温度升高导电能力增强；

导电能力增强；

3.光照增强光照增强导电能力增强；

4.掺入少量杂质掺入少量杂质导电能力增强。

导电能力增强。

现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

GeSi一、一、本征半导体本征半导体硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子+4+4+4+4+4+4形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。

子是八个，构成稳定结构。

共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。

使原子规则排列，形成晶体。

+4+4+4+4完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。

硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即中没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），），它的导电能力为它的导电能力为0，相当于绝缘体。

，相当于绝缘体。

当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，价价电电子子能能量量增增高高，有有的的价价电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的束缚，而参与导电，成为的束缚，而参与导电，成为自由电子自由电子。

自由电子产生的同时，在其原来的共价键中自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为常称呈现正电性的这个空位为空穴空穴。

这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发热激发。

本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。

温度越高，载流子的浓度越高。

因此本征温度越高，载流子的浓度越高。

因此本征半导体的导电能力越强，半导体的导电能力越强，温度是影响半导体温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素性能的一个重要的外部因素，这是半导体的，这是半导体的一大特点。

一大特点。

本征半导体的导电能力取决于载流子的本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。

浓度。

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。

就会使半导体的导电性能发生显著变化。

N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的五价五价元素元素磷（或锑）磷（或锑）二、二、杂质半导体杂质半导体NegativeNegative+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？

型半导体中的载流子是什么？

1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同相同。

2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。

、本征半导体中成对产生的电子和空穴。

3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。

自由电所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。

自由电子称为子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载少数载流子流子（少子少子）。

）。

+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的三价三价元素，如元素，如硼硼（或铟）（或铟）PositivePositive杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P型半导体型半导体+N型半导体型半导体空空穴穴正离子正离子负离子负离子电子电子1.1.2PN结及其单向导电性结及其单向导电性半导体器件的核心是半导体器件的核心是PNPN结，是采取一定的工结，是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成PP型半导型半导体和体和NN型半导体，在两种半导体的交界面上形成型半导体，在两种半导体的交界面上形成PNPN结。

结。

各种各样的半导体器件都是各种各样的半导体器件都是以以PNPN结为核心结为核心而而制成的，正确认识制成的，正确认识PNPN结是了解和运用各种半导体结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。

器件的关键所在。

扩散运动扩散运动:

物质从浓度高的地方向浓度低的地物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动方运动,即由于浓度差产生的运动即由于浓度差产生的运动.漂移运动漂移运动:

在在电场力作用下电场力作用下,载流子的运动载流子的运动.PP型半导体型半导体NN型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区一、一、PN结形成结形成扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。

荷区越宽。

漂移运动PP型半导体型半导体NN型半导体型半导体+扩散运动内电场E内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

使空间电荷区变薄。

最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂漂移移达到达到动态平衡动态平衡。

对于对于PP型半导体和型半导体和NN型半导体结合面，型半导体结合面，离子薄层形成的离子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PNPN结结。

在空间电。

在空间电荷区，由于缺少荷区，由于缺少多子，所以也称多子，所以也称耗尽层耗尽层。

又称。

又称阻阻挡层。

挡层。

图图PNPN结的形成过程结的形成过程1.1.空间电荷区中没有载流子。

空间电荷区中没有载流子。

2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍PP中的空穴中的空穴.N区区中中的电子（的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运扩散运动动）。

3.3.P区中的电子和区中的电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。

数量有限，因此由它们形成的电流很小。

注意注意:

二、二、PNPN结的单向导电性结的单向导电性如果外加电压使如果外加电压使PNPN结中：

结中：

PP区的电位高于区的电位高于NN区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称简称正偏正偏；

PP区的电位低于区的电位低于NN区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。

PNPN结具有单向导电性结具有单向导电性:

若外加电压使电流从若外加电压使电流从PP区流到区流到NN区，区，PNPN结呈低阻性，所以电流大；

反之是高阻性，电流小。

结呈低阻性，所以电流大；

+内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成较大的能够形成较大的扩散电流。

扩散电流。

（1）PNPN结加正向电压结加正向电压图图PNPN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被加强，内电场被加强，多子的扩散受抑多子的扩散受抑制。

少子漂移加制。

少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小的反向电流。

较小的反向电流。

（2）PNPN结加反向电压结加反向电压图图PNPN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况1.2半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路在在PNPN结上加上引线和管壳，就成为一个二极管。

二结上加上引线和管壳，就成为一个二极管。

二极管按结构分有极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。

三大类。

1.2.1半导体二极管半导体二极管（a）（a）点接触型点接触型PNPN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路用于检波和变频等高频电路。

（b）面接触型（c）（c）平面型平面型符号：

符号：

D阳极阳极阴极阴极PNPNPN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路于工频大电流整流电路。

PNPN结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。

于高频整流和开关电路中。

UI死区电压死区电压硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。

导通压降导通压降:

硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。

反向击穿电反向击穿电压压U（BR）死区死区电压电压正向正向反向反向外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小一、伏安特性一、伏安特性当外加电压大于死区当外加电压大于死区电压内电场被大大减电压内电场被大大减削弱削弱,电流增加很快电流增加很快。

反向击穿电反向击穿电压压U（BR）死区死区电压电压反向反向由于少子的漂移运动形成很由于少子的漂移运动形成很小的反向电流小的反向电流,在且在且UU（BR）时时,其其反向电流突然增大反向电流突然增大,反向击穿。

反向击穿。

一、伏安特性一、伏安特性二、主要参数二、主要参数1）最大整流电流）最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

向平均电流。

2）反向击穿电压）反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。

击穿时反向电流二极管反向击穿时的电压值。

击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。

手册上给出的最高反向工作电压烧坏。

手册上给出的最高反向工作电压UDRM一般一般是是UBR的一半。

的一半。

3）反向电流）反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。

反向指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。

反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。

反向电流受温度的影响，温度越高反向电流小越好。

反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。

硅管的反向电流较小，一般在几越大。

硅管的反向电流较小，一般在几uA以下；

以下；

锗锗管的反向电流要大几十到几百倍。

管的反向电流要大几十到几百倍。

三、二极管的模型三、二极管的模型1、理想