医学影像学课件 PN结

三、PN结PN结：在P型和N型半导体的交界面附近，形成一个具有独特的物理特性的结。1、PN结的形成N型半导体：整体电中性（磷正离子、电子带负电），载流子中电子浓度高于空穴。P型半导体：整体电中性（硼负离子、空穴带正电），载流子中空穴浓度高于电子。PN1)两种载流子的运动扩散运动：高浓度载流子向低浓度载流子一侧的扩散运动，使耗尽层变宽。漂移运动：低浓度载流子向高浓度载流子一侧的漂移运动，使耗尽层变窄。动画演示1-2PN结的形成2)空间电荷区（耗尽层）：由于扩散运动，在P型和N型半导体的交接面附近，形成了空间电荷区（电子、空穴复合），它是个高阻区，又称阻挡层，内部无载流子。3)内电场的形成：由于扩散运动形成了空间电荷区，电荷区两侧的正负离子形成了内电场如上图所示。在电场力作用下，少数载流子发生漂移。特点：内电场阻碍了扩散运动，加强了漂移运动。4）PN结形成：PN结中扩散运动和漂移运动相互依存，相互矛盾，开始时，扩散运动占优势，空间电荷区不断加宽，内电场不断增强，扩散运动不断减弱，漂移运动却逐渐增强，当二者趋于平衡时，空间电荷区的厚度不再变化，形成了PN结。动画再次演示PN结的形成PN结形成小结1)PN型半导体特点2)两种载流子及两种运动形式3)空间电荷区形成4)内电场5)PN结形成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。

如果外加电压使：

PN结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P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。PN结单向导电性引言：2、PN结的单向导电性1）PN结加正向电压时：P区接电源正端，N区接电源负端耗尽层外电场内电场PN结正偏内电场耗尽层减弱变窄扩散运动加强漂移运动减弱结平衡破坏动画演示PN2、PN结的单向导电性外电路形成极小反向电流反向饱和电流2）PN结加反向电压时：P区接电源负端，N区接电源正端耗尽层内电场外电场PN结反偏内电场耗尽层加强变宽扩散运动难于进行漂移运动加强结平衡破坏动画演示反偏总结：外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。

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结的单向导电性：PN结的单向导电性是由耗尽层的宽窄决定的，PN结加正向电压时，耗尽层变窄，呈现很小的正向电阻，正向电流较大：加反向电压时，耗尽层变宽，呈现很大的反向电阻，反向电流很小。PN结的这种正向导电性能良好，而反向导电性能很差的特点，称为PN结的单向导电性。3、PN结的伏安特性曲线：（PN结外接电压时）理论公式OA:正向特性OB:反向特性IS:反向饱和电流击穿特性4、PN结的击穿当反向电压超过一定值时,PN结会出现击穿,此时反向电流剧增，反向电流开始剧增的电压称为反向击穿电压.1)齐纳击穿:内电场的强作用下,束缚电子被直接从共价键中拉出来,形成电子空穴对,而产生大量的载流子,加强了漂移运动,出现击穿.本质是场致激发.<52)雪崩击穿:内电场的强作用下,在结内作漂移运动的少数载流子,受到电场的加速作用可获得很大的能量.它与结内原子碰撞时,使原子的价电子摆脱束缚状态而形成电子空穴对.新生的电子、空穴对再去碰撞其它原子，产生更多的电子、空穴对。使载流子数剧增。反向电流迅速增大，出现击穿。本质是碰撞电离。>8v注意：出现击穿，PN结并不一定坏了，只有超过允许值时，才烧毁。第二节半导体二极管一、二极管的结构和符号构成：以PN结为核心，两端加上电极引线、管壳。结构：点接触型、面结合型、平面型面结合型点接触型平面型符号如下符号二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性同PN结的伏安特性：正向特性、反向特性、击穿特性。且随温度而变化。锗管硅管0.7v0.2V1）.正向特性

当U＞0，即处于正向特性区域。正向区又分为两段：

当0＜U＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。

当U＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。

硅二极管的死区电压Uth＝0.5V左右，

锗二极管的死区电压Uth＝0.1V左右。UUU2）.反向特性

当U＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：

当UBR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。

当U≥UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。

UBRU

在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。UBRU从击穿的机理上看，硅二极管若|UBR|≥7V时，主要是雪崩击穿；若UBR≤4V则主要是齐纳击穿，当在4V～7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。

三、二极管的主要参数1、最大整流电流：是指二极管在长期工作时，允许通过的最大正向电流。2、最高反向工作电压：是指二极管在长期工作时，允许通过的最大反向电压。3、反向电流：是指二极管未击穿时反向电流值4、最高工作频率：是指二极管具有单向导电性的最高工作频率。四、二极管的应用----限幅器利用二极管的单向导电性达到各种限幅的目的。正向导通：反向截止：电阻很小，近似为接通的开关电阻很大，近似为断开的开关

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