PN結(jié)二極管課件黃秋柳PPT

1、1PN結(jié)結(jié)二極管二極管黃秋柳2008-5-52內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、一、PN結(jié)結(jié)二極管概述二極管概述二、二、PN結(jié)結(jié)二極管特性二極管特性三、幾種特殊的二極管三、幾種特殊的二極管3一、一、PN結(jié)結(jié)二極管概述二極管概述半半導(dǎo)導(dǎo)體體P型、型、N型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體PN結(jié)結(jié)PN結(jié)結(jié)二極管二極管正向特性正向特性反向特性反向特性擊擊穿特性穿特性4PN結(jié)結(jié)的的I-V特性特性UI反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)正向特性：正向特性：在正向曲線起始階段，電流增長(zhǎng)緩慢，在正向曲線起始階段，電流增長(zhǎng)緩慢，這是由于內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)外電場(chǎng)的抵消作這是由于內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)外電場(chǎng)的抵消作用。用。當(dāng)正向電壓增加到一定的值后（硅管當(dāng)正向電壓增加

2、到一定的值后（硅管約為約為0.7V鍺管約為鍺管約為0.2V），內(nèi)建電場(chǎng)），內(nèi)建電場(chǎng)被完全消除，電流增長(zhǎng)很快，近乎直被完全消除，電流增長(zhǎng)很快，近乎直線上升。線上升。反向特性：反向特性：在在“PN”結(jié)的額定擊穿電壓之前，反向結(jié)的額定擊穿電壓之前，反向偏置偏置“PN”結(jié)的電流只由少數(shù)載流子漂結(jié)的電流只由少數(shù)載流子漂移產(chǎn)生移產(chǎn)生,其值基本上不隨反偏壓增大而上其值基本上不隨反偏壓增大而上升。升。擊擊穿特性：穿特性：當(dāng)加在當(dāng)加在“PN”結(jié)上的反向偏壓超過其設(shè)結(jié)上的反向偏壓超過其設(shè)計(jì)的擊穿電壓后，計(jì)的擊穿電壓后，“PN”結(jié)發(fā)生擊穿。結(jié)發(fā)生擊穿。齊納擊穿齊納擊穿 雪崩擊穿。雪崩擊穿。IF（多子擴(kuò)散（多子擴(kuò)散）

3、正偏正偏反偏反偏I(xiàn)R（少子（少子漂移）漂移）反向反向擊穿擊穿反向飽反向飽和電流和電流Is5) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過為流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量稱為溫度的電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 對(duì)于室溫（相當(dāng)對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300 K）則有則有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi6 PN

4、PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)結(jié)二極管的結(jié)構(gòu) 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大三大類。類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻小，用于檢波和變頻等高頻電路。電路。(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖7(3) 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造藝往往用于集成電路制造藝中。中。PN 結(jié)面積可大可小，用于結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。高頻整流和開關(guān)電路中。(2

5、) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰陰極極引引線線陽陽極極引引線線PNP 型型支支持持襯襯底底(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(d) 代代表表符符號(hào)號(hào)k 陰陰極極陽陽極極 a8PN結(jié)結(jié)二極管工作原理二極管工作原理不加外電壓時(shí)，擴(kuò)散電流不加外電壓時(shí)，擴(kuò)散電流=漂移電流漂移電流 電平衡狀態(tài)電平衡狀態(tài)外電壓正偏時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抵消作用使載流子的擴(kuò)外電壓正偏時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抵消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加散電流增加,引起正向電流。引起正向電流。外電壓

6、反偏時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向外電壓反偏時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流Is。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值發(fā)生載流子的倍增效應(yīng)，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，從而產(chǎn)達(dá)到臨界值發(fā)生載流子的倍增效應(yīng)，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，從而產(chǎn)生數(shù)值很大的反向擊穿電流，這稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。生數(shù)值很大的反向擊穿電流，這稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 9二、二極管的特性二、二極管的特性最重要的特性就是單方向?qū)щ?/p>

7、性。最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴Ｔ陔娐分?，電流只能從二極管的正極流在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。入，負(fù)極流出。 +iDvD-R10正向特性正向特性當(dāng)當(dāng)V0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： 當(dāng)當(dāng)0VVth時(shí)，正向電流為零，時(shí)，正向電流為零，Vth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。 當(dāng)當(dāng)VVth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。 硅二極管的死區(qū)電壓硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5 V左右，左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1 V左右。左右。 0 D/

8、V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死死區(qū)區(qū)VthVBR硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性反向擊穿特性反向擊穿特性反向特性反向特性正向特性正向特性11反向特性反向特性當(dāng)當(dāng)V0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域：區(qū)域： 當(dāng)當(dāng)VBRV0時(shí)，反向電流很小，且基

9、本不隨反向時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流和電流IS。 當(dāng)當(dāng)VVBR時(shí)，反向電流急劇增加，時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊稱為反向擊穿電壓。穿電壓。 0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死死區(qū)區(qū)VthVBR硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR鍺二極管鍺二極管2AP1

10、52AP15的的V V- -I I 特特性性反向擊穿特性反向擊穿特性反向特性反向特性正向特性正向特性硅二極管的反向硅二極管的反向擊穿特性比較硬、擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽比較陡，反向飽和電流也很??；和電流也很小；鍺二極管的反向鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，過渡比較圓滑，反向飽和電流較反向飽和電流較大。大。12二極管的溫度特性二極管的溫度特性溫度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加。溫度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加。如硅二極管溫度每增加如硅二極管溫度每增加8，反向電流將約增加，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加一倍；鍺二極管溫度每增加12，反向電流大，反向

11、電流大約增加一倍。約增加一倍。另外，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將另外，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，每增加減小，每增加1，正向壓降，正向壓降VD大約減小大約減小2 mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。13二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)（1 1）最大整流電流）最大整流電流I IF F二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。管的最大整流電流的平均值。 （2 2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓V VBRBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓V VRMRM二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓急劇

12、增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓V VBRBR。為保證二極管安全工作，最大反向工作電壓為保證二極管安全工作，最大反向工作電壓V VRMRM一般只按反向擊穿電一般只按反向擊穿電壓壓V VBRBR的一半計(jì)算。的一半計(jì)算。 即即 V VRMRM =0.5V =0.5VBRBR14（ （3）反向）反向電電流流IR在室溫下，在在室溫下，在規(guī)規(guī)定的反向定的反向電壓電壓下，一般是下，一般是最大反向工作最大反向工作電壓電壓下的反向下的反向電電流流值值。 。 硅二極管的反向硅二極管的反向電電流一般在流一般在納納安安(nA)級(jí)級(jí)； ；鍺鍺二極管在微安二極管在微安(mA)級(jí)級(jí)。 。 （ （4） ） 正向正向壓

13、壓降降VD在在規(guī)規(guī)定的正向定的正向電電流下，二極管的正向流下，二極管的正向電電壓壓降。降。 小小電電流硅二極管的正向流硅二極管的正向壓壓降在中等降在中等電電流水平下，流水平下，約約0.60.8 V； ；鍺鍺二極管二極管約約0.20.3 V。 。 （ （5） ）動(dòng)態(tài)電動(dòng)態(tài)電阻阻rd反映了二極管正向特性曲反映了二極管正向特性曲線線斜率的倒數(shù)。斜率的倒數(shù)。顯顯然，然， rd與工作與工作電電流的大小有關(guān)，即流的大小有關(guān)，即 rd =VD /ID 15三、幾種特殊的二極管三、幾種特殊的二極管整流二極管整流二極管、 、檢檢波二極管、開關(guān)二極管波二極管、開關(guān)二極管利用利用PN結(jié)結(jié)的的單單向向?qū)щ妼?dǎo)電性性穩(wěn)壓

14、穩(wěn)壓二極管、雪崩二極管二極管、雪崩二極管利用利用PN結(jié)擊結(jié)擊穿特性穿特性變變?nèi)荻O管容二極管利用利用結(jié)電結(jié)電容隨外容隨外電壓變電壓變化效化效應(yīng)應(yīng)16整流二極管整流二極管主要用于整流電路中。主要用于整流電路中。它是利用它是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦园呀涣麟娹D(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電。結(jié)的單向?qū)щ娦园呀涣麟娹D(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電。一般，它用硅材料做成面結(jié)合型，因此其結(jié)電容較大，但是其頻一般，它用硅材料做成面結(jié)合型，因此其結(jié)電容較大，但是其頻率范圍較窄且低，在率范圍較窄且低，在3KHz以下。以下。 檢檢波二極管波二極管作用：利用其作用：利用其單單向向?qū)щ妼?dǎo)電性將高性將高頻頻或中或中頻頻無無線電線電信號(hào)中的低信號(hào)中的低頻

15、頻信號(hào)或信號(hào)或音音頻頻信號(hào)取出來。信號(hào)取出來。工作原理：由于工作原理：由于檢檢波二極管的波二極管的單單向向?qū)щ妼?dǎo)電性，性，調(diào)調(diào)幅信號(hào)通幅信號(hào)通過過二極管二極管時(shí)時(shí)， ，其其負(fù)負(fù)向部分被截去，向部分被截去，僅僅留下其正向部分。此留下其正向部分。此時(shí)時(shí)，如在每個(gè)信號(hào)周期，如在每個(gè)信號(hào)周期取平均取平均值值（低通（低通濾濾波），所得波），所得為調(diào)為調(diào)幅信號(hào)的波包，即基幅信號(hào)的波包，即基帶帶低低頻頻信號(hào)，信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了解了解調(diào)調(diào)（ （檢檢波）功能。波）功能。廣泛用于半廣泛用于半導(dǎo)導(dǎo)體收音機(jī)、收體收音機(jī)、收錄錄機(jī)、機(jī)、電視電視機(jī)及通信等機(jī)及通信等設(shè)備設(shè)備的小信號(hào)的小信號(hào)電電路中。路中。17開關(guān)二極管開關(guān)

16、二極管作用：在作用：在電電路中路中控制電流接通或關(guān)斷控制電流接通或關(guān)斷（ （在在PN結(jié)加上正向電壓后，其導(dǎo)通電阻很小；而加上反向電壓后結(jié)加上正向電壓后，其導(dǎo)通電阻很小；而加上反向電壓后截止，其電阻很大。截止，其電阻很大。 ） ）開關(guān)開關(guān)時(shí)間時(shí)間=開通時(shí)間開通時(shí)間+反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間 開關(guān)開關(guān)時(shí)間時(shí)間： ：開關(guān)二極管從截止到導(dǎo)通所需的時(shí)間開關(guān)二極管從截止到導(dǎo)通所需的時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間：開關(guān)二極管導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間。反向恢復(fù)時(shí)間：開關(guān)二極管導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間。 硅開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間只有幾個(gè)納秒（硅開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間只有幾個(gè)納秒（ns），即），即10-9級(jí)級(jí)秒；鍺開關(guān)二極管的反

17、向恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一些，但也只有幾百納秒。秒；鍺開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一些，但也只有幾百納秒。廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路 。 。18當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下向擊穿狀態(tài)下,工作電工作電流流IZ在在Izmax和和Izmin之間之間變化時(shí)變化時(shí),其兩端電壓近其兩端電壓近似為常數(shù)似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管iuUZIUIzminIzmax穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管利用穩(wěn)壓二極管微小的電壓變化引利用穩(wěn)壓二極管微小的電壓變化引起極大的電流變化的特點(diǎn)快速地把起極大的電流變化的特點(diǎn)快速地把變

18、化的電壓反饋到電壓調(diào)節(jié)電阻上，變化的電壓反饋到電壓調(diào)節(jié)電阻上，在穩(wěn)壓電路中串聯(lián)一個(gè)合適的電壓在穩(wěn)壓電路中串聯(lián)一個(gè)合適的電壓調(diào)節(jié)電阻就可以把電壓調(diào)節(jié)在需要調(diào)節(jié)電阻就可以把電壓調(diào)節(jié)在需要的值上。的值上。 19穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù)穩(wěn)穩(wěn)定定電壓電壓UZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。(2) 動(dòng)態(tài)電動(dòng)態(tài)電阻阻rZ 在規(guī)定的工作電流下，穩(wěn)壓值的微小變化與通過二在規(guī)定的工作電流下，穩(wěn)壓值的微小變化與通過二極管電流的變量的比值。極管電流的變量的比值。 動(dòng)態(tài)電阻值是衡量穩(wěn)壓管穩(wěn)壓能力的一個(gè)參數(shù)。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)

19、態(tài)電阻值是衡量穩(wěn)壓管穩(wěn)壓能力的一個(gè)參數(shù)。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻隨工作電流大小而改變，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，工作電流越小，隨工作電流大小而改變，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，工作電流越小，動(dòng)態(tài)電阻越大。動(dòng)態(tài)電阻越大。 rZ = U / I rZ愈小，反映愈小，反映穩(wěn)壓穩(wěn)壓管的管的擊擊穿特性愈陡。穿特性愈陡。(3) 最小最小穩(wěn)穩(wěn)定工作定工作 電電流流IZmin保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。(4) 最大最大穩(wěn)穩(wěn)定工作定工作電電流流IZmax超過超過Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIz

20、max20雪崩二極管雪崩二極管在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩 產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理 ： ：利用雪崩擊穿對(duì)晶體注入利用雪崩擊穿對(duì)晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍诫娏鳒笥陔妷?，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，時(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩從而產(chǎn)生高頻振蕩 。 。常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。 21雪崩雪崩擊擊穿與穿

21、與齊納擊齊納擊穿穿雪崩擊穿雪崩擊穿：在電場(chǎng)：在電場(chǎng)作用下，載流子能作用下，載流子能量增大，不斷與晶量增大，不斷與晶體原子相碰，使共體原子相碰，使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子形成自由電子-空穴空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流對(duì)。新產(chǎn)生的載流子又通過碰撞產(chǎn)生子又通過碰撞產(chǎn)生自由電子自由電子-空穴對(duì)，空穴對(duì)，這就是倍增效應(yīng)。這就是倍增效應(yīng)。1生生2，2生生4，像雪崩，像雪崩一樣增加載流子。一樣增加載流子。 反偏反偏pn結(jié)結(jié)的雪崩的雪崩擊擊穿穿過過程程22齊納擊穿齊納擊穿：在高的反：在高的反向電壓下，向電壓下，PN結(jié)中存結(jié)中存在強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠直在強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠直接破壞共價(jià)鍵，將束接破壞共價(jià)鍵，將

22、束縛電子分離，形成電縛電子分離，形成電子子-空穴對(duì)，形成大的空穴對(duì)，形成大的反向電流。反向電流。齊納擊穿需要的電場(chǎng)齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度很大強(qiáng)度很大,只有在雜質(zhì)只有在雜質(zhì)濃度特別大的濃度特別大的PN結(jié)才結(jié)才做得到。（雜質(zhì)大電做得到。（雜質(zhì)大電荷密度就大）荷密度就大） 雪崩雪崩擊擊穿與穿與齊納擊齊納擊穿穿一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn)在特殊的一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn)在特殊的二極管中，就是穩(wěn)壓二極管二極管中，就是穩(wěn)壓二極管 反偏反偏pn結(jié)結(jié)的的齊納擊齊納擊穿的物理機(jī)理穿的物理機(jī)理23變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管勢(shì)壘電

23、容示意圖勢(shì)壘電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖利用利用pn結(jié)電容（勢(shì)壘電容結(jié)電容（勢(shì)壘電容)與其反向偏置電壓與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制的依賴關(guān)系及原理制成的二極管成的二極管 。 。（ （在一定的范圍內(nèi)，變?nèi)荻O管的反向偏壓越小，結(jié)電容越大，反之，反向偏壓越在一定的范圍內(nèi)，變?nèi)荻O管的反向偏壓越小，結(jié)電容越大，反之，反向偏壓越大，結(jié)電容就越小。大，結(jié)電容就越小。 ） ）結(jié)電容一般只有幾個(gè)結(jié)電容一般只有幾個(gè)皮法，至多一、二百皮法，至多一、二百皮法，所以變?nèi)荻O皮法，所以變?nèi)荻O管都用于高頻電路，管都用于高頻電路，例如作為電視接收機(jī)例如作為電視接收機(jī)調(diào)諧回路中的可變電調(diào)諧回路中的可變

24、電容器。容器。 C的阻抗的阻抗1/(C)24PN結(jié)結(jié)的其他的其他應(yīng)應(yīng)用用使半使半導(dǎo)導(dǎo)體的光體的光電電效效應(yīng)應(yīng)與與PN結(jié)結(jié)相相結(jié)結(jié)合可制作多種光合可制作多種光電電器件器件舉舉例：例：利用前向偏置異利用前向偏置異質(zhì)結(jié)質(zhì)結(jié)的的載載流子注入與復(fù)合可以制造半流子注入與復(fù)合可以制造半導(dǎo)導(dǎo)體體激光二極管與半激光二極管與半導(dǎo)導(dǎo)體體發(fā)發(fā)光二極管。光二極管。利用光利用光輻輻射射對(duì)對(duì)PN結(jié)結(jié)反向反向電電流的流的調(diào)調(diào)制作用可制作光制作用可制作光電電探探測(cè)測(cè)器。器。利用光生伏特效利用光生伏特效應(yīng)應(yīng)可制成太陽能可制成太陽能電電池。池。構(gòu)成雙極型晶體管和構(gòu)成雙極型晶體管和場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)晶體管的核心晶體管的核心25激光二極管激

25、光二極管激光激光產(chǎn)產(chǎn)生的條件：生的條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（前提條件）實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（前提條件） 用一定的方法去激發(fā)原子群體，使亞穩(wěn)態(tài)上的原子數(shù)目超過基態(tài)上用一定的方法去激發(fā)原子群體，使亞穩(wěn)態(tài)上的原子數(shù)目超過基態(tài)上的。該過程稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。例如，氦氖激光器中，通過氦原子的的。該過程稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。例如，氦氖激光器中，通過氦原子的協(xié)助，使氖原子中的兩個(gè)能級(jí)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得激光。協(xié)助，使氖原子中的兩個(gè)能級(jí)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得激光。滿足閾值條件滿足閾值條件P1P2exp(2G2A)=1 （P1P2是兩個(gè)反射鏡的反射率；是兩個(gè)反射鏡的反射率；G是激活物質(zhì)的增是激活物質(zhì)的增益系數(shù)；益系數(shù)；A是介質(zhì)的

26、損耗系數(shù)；是介質(zhì)的損耗系數(shù)；exp為常數(shù)）為常數(shù)）（受激輻射放大的增益大于激光器內(nèi)的各種損耗（受激輻射放大的增益大于激光器內(nèi)的各種損耗,保證輸出穩(wěn)定的激光）保證輸出穩(wěn)定的激光）滿足諧振條件滿足諧振條件f=qc/2NL表明諧振腔長(zhǎng)度表明諧振腔長(zhǎng)度L和折射率和折射率N確定后，只有某些特定頻率的光才能形成確定后，只有某些特定頻率的光才能形成光振蕩，輸出穩(wěn)定的激光。光振蕩，輸出穩(wěn)定的激光。26激光二極管激光二極管結(jié)結(jié)構(gòu)及工作原理構(gòu)及工作原理當(dāng)半導(dǎo)體的當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，注結(jié)加有正向電壓時(shí)，注入入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴發(fā)生結(jié)附近的非平衡電子和空穴發(fā)生復(fù)合復(fù)合自發(fā)輻射自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，經(jīng)過已發(fā)射的電子時(shí)，經(jīng)過已發(fā)射的電子空穴對(duì)附近，空穴對(duì)附近，激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子光子受激輻射受激輻射。如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子粒子數(shù)反轉(zhuǎn)數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)