第11讲半导体二极管

1、第第11讲半导体二极管讲半导体二极管. .本章要求本章要求. .1 1. .理解理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；电流放大作用；2 2. .了解二极管、稳压管和三极管的工作原理和特性曲了解二极管、稳压管和三极管的工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；线，理解主要参数的意义；3 3. .会分析二极管和三极管的电路。会分析二极管和三极管的电路。单晶硅单晶硅(Si)的原子结构平面示意图的原子结构平面示意图 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键价电子价电子1.常用的半导体材料常用的半导体材料Jons Jakob

2、Berzelius-瑞典瑞典,1823、C1emens Alexander Winkler-德国，德国，1886硅硅 Si(Silicon) 和锗和锗 Ge(Germanium) 均为四价元素，原子最外层有均为四价元素，原子最外层有4个价电子。个价电子。2.本征半导体定义：本征半导体定义：高度纯净、具有完整晶格的半导体称为本征半导体。高度纯净、具有完整晶格的半导体称为本征半导体。3.本征半导体的物理性能本征半导体的物理性能 Si Si Si Si Si Si Si Si Si温度温度(T)(T)一定时，一定时，载流子载流子数量一定。当数量一定。当tt时，时，载流子载流子数量数量。价电子依次填补

3、空穴，形成价电子依次填补空穴，形成电子电流和空穴电流。电子电流和空穴电流。在室温下受热激发时，产生在室温下受热激发时，产生电子空穴对；电子空穴对； 在绝对零度在绝对零度 (T=0K)时不导电，时不导电，相当于绝缘体；相当于绝缘体；l 半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，这就是半导体导电的重要物质基础。半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，这就是半导体导电的重要物质基础。自由电子自由电子空穴空穴l 半导体的导电性能受温度影响很大。半导体的导电性能受温度影响很大。 4.4.半导体的导电特性：半导体的导电特性：( (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻) )。3)3)掺杂性

4、：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变( (可做成各种半导体器件：如二极管、三极管和晶闸管等）。可做成各种半导体器件：如二极管、三极管和晶闸管等）。2)2)光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化( (可做成各种光敏元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等可做成各种光敏元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等) )。1)1)热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键5.掺杂掺杂(杂质杂质)

5、半导体半导体1) N型半导体型半导体:多数载流子为电子，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。少数载流子为空穴。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键2) P型半导体型半导体:受主原子受主原子多数载流子为空穴，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。少数载流子为电子。6.6.小结：小结：1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。其中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。3)杂质半导体中，杂质浓度决定多子的数量，

6、环境温度决定少子的数量。提示：提示：N N型、型、P P型掺杂半导体，对外均呈电中性。型掺杂半导体，对外均呈电中性。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动多子浓度差异多子浓度差异扩散越强，扩散越强， 空间电荷区越宽。空间电荷区越宽。最后扩散运动和漂移最后扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，运动达到动态平衡时，便形成稳定的空间电便形成稳定的空间电荷区，即荷区，即PN PN 结。结。+形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 外电场外电场IFIFPN结变窄，有较大的正向扩散电流结变窄，有较大的正向扩散电流内电场内电场PN+内电场被加强，少子内电场被加强，少子的漂移

7、加强，由于少的漂移加强，由于少子浓度很低，形成很子浓度很低，形成很小的反向电流小的反向电流IR IR+综上所述，综上所述，PN 结具有单向导电特性。结具有单向导电特性。金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极 D阳极阳极阴极阴极管壳管壳PN例如例如2CZ10,2CW182CZ10,2CW18等。等。iD = 0UT = 0.5 V (硅管硅管) 0.1 V (锗管锗管)U UTiD 急剧上升急剧上升0

8、 U UT UD= 0.7 V (硅管硅管)0.3 V (锗管锗管)U UB反向电流急剧增大反向电流急剧增大二极管被反向击穿二极管被反向击穿例例1：忽略管压降，二极管可看作短路，忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V阳阳阴阴解：解：D6V12V3k BAUAB+(a)(b)BD16V12V3k AD2UAB+解：解： D2 优先导通优先导通电压电压UAB = 0 VD2导通后导通后, V1阴阴 = 0 V, D1承受反向电压承受反向电压 ， D1截止。截止。t )(sintui 18 IZ稳压管反向击穿后，电流变稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管很小，利用此特性，稳压管在电路中实现稳压作用。在电路中实现稳压作用。IZIZM_+阴极阴极阳极阳极 UZUZUIO+DZ DZ 1)1)稳定电压稳定电压UZ 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。3)3)动态电阻动态电阻2)2)稳定电流稳定电流 IZ 、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM4)4)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。UZ IZIZIZMUI UZZZZIU