版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、关于半导体二极管及其应用第一张,PPT共五十页,创作于2022年6月1 半导体二极管及其应用了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;掌握PN结的单向导电性;熟悉二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数等。 了解特种二极管第二张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.1 PN结1.1.1 PN结的形成1、半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。电阻率为硅(Si)和锗(Ge)是两种常用的半导体材料特点:四价元素,每个原子最外层有四个价电子GeSi第三张,PPT共五十页,创作于2022年6月2、本征半导体:化学成分纯净的半导体,其纯度达到99.9999999%,通常称为“9个9”,在物理
2、结构上呈单晶体形态。硅和锗的晶体结构:第四张,PPT共五十页,创作于2022年6月硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子这种结构如何体现半导体的特性呢?导电机制是什么?第五张,PPT共五十页,创作于2022年6月3、载流子:可以自由移动的带电离子。 当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。 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空穴。 这一
3、现象称为本征激发,也称热激发。第六张,PPT共五十页,创作于2022年6月+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子第七张,PPT共五十页,创作于2022年6月自由电子是载流子。空穴也是一种载流子(Why?)。+4+4+4+4在其它力的作用下,空穴吸引附近的电子来填补,这样的结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子。第八张,PPT共五十页,创作于2022年6月游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。当温度一定时,激发和复合达到动态平衡,即“空穴-电子对”浓度一定。第九张,PPT共五十页,
4、创作于2022年6月温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成: 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。第十张,PPT共五十页,创作于2022年6月4、杂质半导体(1) N型半导体(2) P型半导体 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。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。第十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月 (1)N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂
5、质元素,例如磷,可形成 N型半导体,也称电子型半导体。 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,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。+4+4+5+4多余电子磷原子N 型半导体中的载流子是什么?第十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月 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自由电子脱离而带正电荷成为正离子,因此,五价杂质原子也被称为施主杂质。1、由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子
6、浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。第十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月(2) P型半导体 本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等形成 P型半导体,也称为空穴型半导体。因三价杂质原子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。 +4+4+3+4空穴硼原子第十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月 P型半导体中空穴是多数载流子,主要由掺杂形成;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。第十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月
7、杂质对半导体导电性的影响 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,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm31 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第十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月杂质半导体的示意表示法P 型半导体+N 型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。第十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月小结半导体
8、中有两种载流子,分别是自由电子和空穴。纯净半导体中的载流子主要取决于温度(或光照)。掺杂半导体中的载流子可以分为多子(多数载流子)和少子(少数载流子)。多子取决于掺杂浓度,少子取决于温度(或光照)。P型半导体中的多子是空穴,少子是自由电子,N型半导体中的多子是自由电子,少子是空穴。第十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.1.2 PN 的单向导电性 1、PN结的形成在同一片半导体基片上,分别制造P 型半导体和N 型半导体,经过载流子的扩散,在它们的交界面处就形成了PN 结。第十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月P型半导体N型半导体+多子扩散运动内电场E少子漂移运动扩散的结果是使
9、空间电荷区逐渐加宽,空间电荷区越宽。内电场越强,就使漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区,也称耗尽层。第二十张,PPT共五十页,创作于2022年6月 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N 型半导体和 P 型半导体。此时将在N型半导体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程:PN结形成的物理过程: 因浓度差 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区 扩散 漂移否是宽第二十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月 最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和
10、N型半导体结合面,离子薄层形成的空间电荷区称为P N 结 , 在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。 1、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区 中的电子(都是多子)向对方运动(扩散运动)。3、P 区中的电子和 N区中的空穴(都是少),数量有限,因此由它们形成的电流很小。第二十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月2、 PN结的单向导电性 如果外加电压使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; PN结具有单向导电性,若外加电压使电流从 P 区流到 N 区, PN结呈低阻性,所以电流大;反之是高阻性,电流小。 P 区的电位低于 N
11、区的电位,称为加反向电压,简称反偏。 第二十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月第二十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月PN结正偏时 a、外加电场使得内电场被消弱,从而加剧了多子扩散; 多子向耗尽层的扩散使空间电荷层变窄; b、空间电荷层变窄更有利于多子扩散而抑制少子漂移; c、多子扩散电流称为正向电流(P N),此时称PN结导通;PN结正偏:PN结导通,电阻很小,正向电流较大;第二十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月PN结反偏时a、外加电场增强内电场,从而阻碍多子扩散而增强了少子的 漂移,使得空间电荷层变宽;b、少子漂移电流(N P),称为反向饱和电流;c、反向饱和电流
12、很小,且外加电压超过一定数值时,基本不随 电压的增加而增加。PN结反偏:PN结截止,电阻很大,反向电流很小;第二十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月PN结的电压与电流关系其中IS 反向饱和电流VT 温度的电压当量且在常温下(T=300K)2、PN结方程正向:反向:近似第二十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.2 半导体二极管第二十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月第二十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月 在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1) 点接触型二极管(a)点接触型 二极管的结构示意图 PN结
13、面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。1、半导体二极管的结构第三十张,PPT共五十页,创作于2022年6月(3) 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管 PN结面积大,用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型(4) 二极管的代表符号第三十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月 2、 二极管的伏安特性硅二极管2CP10的V-I 特性锗二极管2AP15的V-I 特性正向特性反向特性反向击穿特性(1)、正向特性死区电压: 硅:0.5V 锗:0.1V正常工作时的管压降 硅:0.7V 锗:0.3V 第三十二张,P
14、PT共五十页,创作于2022年6月(2)、反向特性 反向电流由少子形成,因此反向电流一般很小;小功率硅管:小于1微安;小功率锗管:几十微安;(3)、反向击穿特性 反向击穿:外加电压达到一定数值时,在PN结中形成强大的电场,强制产生大量的电子和空穴,使反向电流剧增; 齐纳击穿:所加反向电压使空间电荷区增大,产生较大的电场,拉出共价键中的自由电子而产生较大的电流。当反向电压小于4V时,击穿主要为齐纳击穿。雪崩击穿:所加反向电压使空间电荷区增大,产生较大的电场,使做漂移的少子运动速度加大,能量加大,碰撞出共价键中的自由电子而产生较大的电流。一个当电压大于6V时,击穿主要为雪崩击穿。发生击穿是否就证明
15、二极管损坏了呢?第三十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月3、半导体二极管的等效模型恒压模型U D 二极管的导通压降:硅管 0.7V;锗管 0.3V。二极管的VA特性理想二极管模型:正偏反偏小信号模型:在交流小信号模型下将二极管等效于rD,因此可用于分析二极管电路。第三十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月4、二极管的主要参数额定整流电流IF反向击穿电压U(BR)最高允许反向工作电压UR反向电流IR最高工作频率fM第三十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月例1-1 ui=10sinwt (v)E=5vR=1k欧姆忽略二极管的正向压降和反向电流画出uo的波形(1) ui E 时
16、,二极管正向导通, uo = E;第三十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月例1-2 判断二极管的 工作状态。判断方法: 正向偏置VAVB;导通; 反向偏置VAVB;截止;解题方法: 断开二极管2AP1,求VA和VBVA = 15 (10/(10+140)=1V;VB = -10(2/(18+2) + 15(5 /(25+5)=1.5V; VAVB,所以,二极管2AP1截止;第三十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.3 半导体二极管的应用1.3.1在整流电路中的应用D1 、D3导通, D2、D4截止。u2正半周时:uLU1.工作原理第三十八张,PPT共五十页,创作于2022年6
17、月u2负半周时:D2、D4 导通, D1 、D3截止。Uu2-+第三十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月uLU第四十张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.3.2 在检波中的应用第四十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.3.3 限幅电路第四十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.4 特种二极管1.4.1 硅稳压管IZ mi nIZ m a xUZIZUZ第四十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月2、稳压管的参数(4)稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。(5)最大允许功耗(1)稳定电压 UZ(2)电压温度系数U(%/) 稳压值受温度变化影响的的系数。(3)动态电阻第四十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月3、稳压原理第四十五张,PPT共五十
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 企事业单位电气安全协议
- 矿山环保音乐项目施工合同样本
- 医师授权与医疗安全
- 深圳影视制作公司租赁合同模板
- 乡村物业管理员劳动合同模板
- 湖南省娱乐经纪人管理政策
- 活动帐篷租赁合同
- 水上乐园管理规章
- 别墅户外排球场施工协议
- 产品发布包车租赁合同
- 新大气污染防治法培训课件
- 道法22.第10课第二框《履行遵纪守法义务》
- 安徽省芜湖市部分学校2023-2024学年九年级上学期期中语文试题(含答案)
- 学校人事管理制度改革方案
- 韩国《寄生虫》电影鉴赏解读
- 三对三篮球赛记录表
- 石油和天然气输送行业物联网与智能化技术
- 高考英语高频词汇汇总
- 浙江省金华市2022-2023学年六年级上学期期中科学试卷
- 六年级语文下册《记一次体育比赛》教案设计
- 文档系统需求方案(完整版)资料
评论
0/150
提交评论