模电考研1章半导体

1.2半导体二极管1.2.1

PN结的形成1.2.2

PN结的单向导电性1.2.3

PN结的反向击穿1.2.4

PN结的电容效应1.2.5

半导体二极管1.2.6

特殊半导体二极管1.2.7

应用实例图1.2.1PN结的形成1.2.1PN结的形成

在一块本征半导体在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:

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。

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。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区

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。

(1)PN结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况

低电阻大的正向扩散电流PN结的伏安特性1.2.2

PN结的单向导电性死区电压PN结的伏安特性

2.2.2

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。

(2)PN结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况

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。

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）1.2.2

PN结的单向导电性

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1.2.3

PN结的反向击穿

1.2.4

PN结的电容效应

(1)势垒电容CB势垒电容示意图(2)扩散电容CD扩散电容示意图1.2.4

PN结的电容效应1.2.5半导体二极管一、二极管的结构和分类将PN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。PN结是二极管的核心，也是所有半导体器件的核心。实物照片半导体二极管图片二极管的分类根据制造二极管的半导体材料分为硅、锗等；根据二极管的结构分为点接触、面接触等；根据二极管的工作频率分为低频、高频等；根据二极管的功能分为检波、整流、开关、变容、发光、光敏、触发及隧道二极管等；根据二极管的功率特性分为小功率、大功率二极管等；…………二、二极管的伏安特性既然二极管是由PN结构成的，它自然具有着单向导电性。某种硅二极管的电流~电压关系(伏安特性)可见图示：由电压零点分为正向区和反向区正向由死区电压分为死区和导通区；(Si~0.5VGe~0.2V)U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060

(A)4020反向由击穿电压分为截止区和击穿区；1.2.5

二极管的主要参数最大整流电流IF：指正常功率下的正向平均电流；根据二极管功率不同，由几mA到几百安培不等反向击穿电压VBR：指二极管反向加电压时，使反向电流突然增大时的电压。不同的二极管有不同的反向击穿电压。一般手册中给出的反向电压是实际的一半。反向电流IR：指二极管反向加电压时，在没有击穿前的电流。愈小愈好。一般几纳安到几微安。极间电容C：

正向扩散电容CD：由于PN结正向导电是通过电子和空穴扩散的结果。而扩散必须有载流子的浓度积累，这就产生了扩散电容。

反向势垒电容CB：二极管反向PN结形成电荷势垒。相当于二块平行板电容。反向电压愈高电容愈小。1.2.6.特殊二极管器件-稳压管稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管的图形符号：稳压管的伏安特性：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管的伏安特性曲线与普通二极管类似，只是反向曲线更陡一些。U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管的使用：稳压管工作于反向击穿区，常见电路如下。UiRUoRL在电路中稳压管是反向联接的。当Ui大于稳压管的击穿电压时，稳压管被击穿，电流将增大，电阻R两端的电压增大，在一定的电流范围内稳压观两端的电压基本不变，输出电压Ui等于Uz。稳压管的主要参数：1、稳定电压Uz

指稳压管正常工作时的端电压。（其数值具有分散性）2、稳定电流IZ

正常工作的参考电流值。低于此值稳压效果差。在不超过额定功率的前提下，高于此值稳压效果好，即工作电流越大稳压效果越好。U(V)0I(mA)反向正向UZIZ3、动态电阻rZ

稳压管子端电压和通过其电流的变化量之比。稳压管的反向伏安特性曲线越陡，则动态电阻越小，稳压效果越好。U(V)0I(mA)反向正向UZIZIZmaxIZUZ4、最大允许耗散功耗PZM保证稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。其值为稳定电压和允许的最大电流乘积5、电压温度系数U说明稳压值受温度影响的参数。如：稳压管2CW18的电压温度系数为0.095%/C

假如在20C时的稳压值为11V，当温度升高到50C时的稳压值将为特别说明：稳压管的电压温度系数有正负之别。因此选用6V左右的稳压管，具有较好的温度稳定性。1.2.6特殊二极管器件二、稳压二极管参数

1）、稳定电压UZ：稳压管击穿后电流变化很大。而电压基本不变的电压。不同的稳压管有不同的稳定电压。2）、动态电阻rz3）、最大稳定电流IZM，由最大耗散功率和稳定电压决定。4）、最大耗散功率PZM，工作时的功率PZ=IZ∙UZ5）、温度系数；衡量由于温度变化而使稳定电压UZ变化的参数。一般UZ大于6伏的为正温度系数。小于6伏为负温度系数1.2.7应用举例1、直流稳压电路（参数稳压）分析。例如：UD+UZ(a)(b)R1R1I1

I2

IDI1EE+-RLRLI2

Iz恒压模型，(条件：ID≥1mA)Uo=0.7vI1=(E-UO)/R1=(E-0.7)/R1I2=0.7/RLID=I1-I2稳压模型，（条件：IZ≥IZmin)Uo=UZI1=(E-UZ)/R1I2=UZ/RLIZ=I1-I21.2.7应用举例2、限幅电路限幅电路的作用是限制输入/输出信号幅度的大小。电路如下：ER+U1-+UO-UIUI<E+0.7vEUI

≥E+0.7vUO

=E0tE0tUO把输出幅度限在电平E+0.7v内输出电压小于E+0