5.1 PN结5.2 半导体二极管（内容）

新课内容（分钟）备注第页5.1PN结一、什么是半导体导体容易传导电流的物质，电阻率小于10-4Ω·cm。绝缘体能够可靠地隔绝电流的物质，电阻率大于1010Ω·cm半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，硅（Si）、锗（Ge）是最常见的用于制造各种半导体器件的材料。砷化镓可采用离子注入掺杂工艺直接制成集成电路，尽管其取代硅、锗的设想尚未实现，但它在激光、发光和微波等方面已显示出优异的性能。硅电池的理论效率大概为23%，单结砷化镓的理论效率达到27%，多结砷化镓的理论效率超过50%。硅光电池耐热不足200℃，砷化镓电池耐热可达250℃。二、半导体的导电特性1.热敏性温度升高，将使半导体的导电能力大大增强。2.光敏性对半导体施于光线照射，光照越强，导电能力越强。3.掺杂性在纯净的半导体中掺入极其微量的杂质元素，则它的导电能力将大大增强。应用掺杂技术可以制造出各种半导体元器件。如二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。半导体材料硅原子序数14，硅原子中共有14个垫子围绕原子核旋转，最外层轨道上有4个电子（称为价电子）。锗原子序数32，最外层轨道上也有4个电子。硅和锗都是4价元素。为了方便，常用带有+4电荷的正离子和周围的4个价电子来表示一个4价元素的原子。如图所示。半导体硅晶体结构示意图价电子受自身原子核的束缚，也受相邻原子核的吸引，不仅围绕自身的原子核运动，也出现在围绕相邻原子核的轨道上。于是两个相邻的原子共有1对价电子，称为共价键。三、本征半导体在T=0K（即—273℃）和无外界影响的条件下，价电子均被束缚在共价键中，不易自由移动。半导体不能导电，如同绝缘体一样。当半导体温度升高或受光照等外界因素影响时（如室温条件），少数价电子获得能量，挣脱共价键的束缚而成为自由电子，形成带负电的载流子。半导体有一定导电能力，由于自由电子数量少，导电微弱。自由电子在共价键中留下相同数量的穴位，其被称为空穴。从效果上看，这种共有电子的填补运动相当于带正电荷的空穴在按相反方向运动，称为空穴运动，把空穴看成为带正电的载流子。若温度升高，单晶的半导体中会产生一定数量的电子-空穴对，这种现象称为热激发。四、杂质半导体1.N型半导体（电子型半导体）4价硅掺入少量5价杂质元素多出1个电子，其不受共价键的束缚，而只受自身原子核的吸引，这种束缚力弱，室温下，n＞＞p。2.P型半导体（空穴型半导体）4价硅掺入少量3价杂质元素，p＞＞n。 在杂质半导体中，多子的浓度取决于掺入杂质的浓度；少子的浓度取决于温度。作业：1.理解概念：价电子、自由电子、空穴、共价键、本征半导体、杂质半导体、热激发、本征激发、复合、N型半导体、P型半导体、多数载流子、少数载流子；2.杂质半导体中多数、少数载流子的浓度取决于什么5.2半导体二极管一、二极管的外形、结构与符号二极管就是由半导体制成的。二极管是由一个PN结构的半导体器件，将一个PN结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。它的外形、内部结构示意图和符号如图5-6所示。（a）外形（b）内部（c）符号图5-6二极管二、二极管的特性曲线1．正向偏置与导通状态二极管正向电流、电压关系实验电路如图5-7（a）所示，二极管阳极接电源正极，二极管阴极接电源负极，二极管处于正向偏置状态，根据PN结的单向导电性可知二极管内的PN结呈导通状态，电路中灯泡处于亮灯状态。下面具体分析导通过程。此时通过调节串联滑动变阻器RP电阻大小，二极管在不同电压下具有不同的电阻值，记录每个电压下对应的电流值，从而描绘成曲线，5-7（b）所示的二极管正向电流、电压关系特性。2．反向偏置与截止状态二极管的反向电流、电压关系实验电路如图5-8（a）所示，二极管阳极接电源负极，二极管阴极接电源正极，二极管反向偏置。根据PN结的单向导电性可知二极管内的PN结呈截止状态，电路中灯泡处于灭灯状态。3．二极管的主要参数二极管的参数是选择和使用二极管的依据。主要参数有：1）最大整流电流：二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向电流。在规定的散热条件下，二极管的正向平均电流不能超过此值。2）最大反向工作电压：指保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。若查过此值，二极管可能会被击穿。通常URM的数值为反向击穿电压的一半。3）最大反向电流：指二极管在常温下加最大反向工作电压而未击穿时的反向电流。反向电流越小，二极管的单相导电性能越好。它受温度影响很大，温度越高，电流数值越大。4）最高工作频率最高工作频率是指允许加在二极管两端的交流电压最高频率。例：铜Cu、铝Ag、银Al。例：橡胶、塑料。例：硅、锗、砷化镓。硅T↑8℃ni增一倍，锗T↑12℃ni增一倍。ni—自由电子浓度；pi—空穴浓度。可做热敏元件，用于温度变化的检测。可做光敏元件，例如光敏电阻，光电管。纯净的，不含其它杂质的半导体。注：空穴和自由电子是成对出现的。这就是半导体