第11講半導(dǎo)體二極管

1、第第11講半導(dǎo)體二極管講半導(dǎo)體二極管. .本章要求本章要求. .1 1. .理解理解PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和電流放大作用；電流放大作用；2 2. .了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的工作原理和特性曲了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；線，理解主要參數(shù)的意義；3 3. .會分析二極管和三極管的電路。會分析二極管和三極管的電路。單晶硅單晶硅(Si)的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價鍵共價鍵價電子價電子1.常用的半導(dǎo)體材料常用的半導(dǎo)體材料Jons Jakob

2、Berzelius-瑞典瑞典,1823、C1emens Alexander Winkler-德國，德國，1886硅硅 Si(Silicon) 和鍺和鍺 Ge(Germanium) 均為四價元素，原子最外層有均為四價元素，原子最外層有4個價電子。個價電子。2.本征半導(dǎo)體定義：本征半導(dǎo)體定義：高度純凈、具有完整晶格的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。高度純凈、具有完整晶格的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。3.本征半導(dǎo)體的物理性能本征半導(dǎo)體的物理性能 Si Si Si Si Si Si Si Si Si溫度溫度(T)(T)一定時，一定時，載流子載流子數(shù)量一定。當(dāng)數(shù)量一定。當(dāng)tt時，時，載流子載流子數(shù)量數(shù)量。價電子依次填補(bǔ)

3、空穴，形成價電子依次填補(bǔ)空穴，形成電子電流和空穴電流。電子電流和空穴電流。在室溫下受熱激發(fā)時，產(chǎn)生在室溫下受熱激發(fā)時，產(chǎn)生電子空穴對；電子空穴對； 在絕對零度在絕對零度 (T=0K)時不導(dǎo)電，時不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體；相當(dāng)于絕緣體；l 半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴，這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴，這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。自由電子自由電子空穴空穴l 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度影響很大。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度影響很大。 4.4.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：( (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )。3)3)摻雜性

4、：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變( (可做成各種半導(dǎo)體器件：如二極管、三極管和晶閘管等）?？勺龀筛鞣N半導(dǎo)體器件：如二極管、三極管和晶閘管等）。2)2)光敏性：當(dāng)受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化光敏性：當(dāng)受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化( (可做成各種光敏元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等可做成各種光敏元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等) )。1)1)熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng) Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價鍵共價鍵5.摻雜摻雜(雜質(zhì)雜質(zhì))

5、半導(dǎo)體半導(dǎo)體1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體:多數(shù)載流子為電子，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。少數(shù)載流子為空穴。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價鍵共價鍵2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體:受主原子受主原子多數(shù)載流子為空穴，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。少數(shù)載流子為電子。6.6.小結(jié)：小結(jié)：1)本征半導(dǎo)體中加入五價雜質(zhì)元素，便形成N型半導(dǎo)體。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。2)本征半導(dǎo)體中加入三價雜質(zhì)元素，便形成P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，雜質(zhì)濃度決定多子的數(shù)量，

6、環(huán)境溫度決定少子的數(shù)量。提示：提示：N N型、型、P P型摻雜半導(dǎo)體，對外均呈電中性。型摻雜半導(dǎo)體，對外均呈電中性。多子的擴(kuò)散運動多子的擴(kuò)散運動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運動少子的漂移運動多子濃度差異多子濃度差異擴(kuò)散越強(qiáng)，擴(kuò)散越強(qiáng)， 空間電荷區(qū)越寬?？臻g電荷區(qū)越寬。最后擴(kuò)散運動和漂移最后擴(kuò)散運動和漂移運動達(dá)到動態(tài)平衡時，運動達(dá)到動態(tài)平衡時，便形成穩(wěn)定的空間電便形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即荷區(qū)，即PN PN 結(jié)。結(jié)。+形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 外電場外電場IFIFPN結(jié)變窄，有較大的正向擴(kuò)散電流結(jié)變窄，有較大的正向擴(kuò)散電流內(nèi)電場內(nèi)電場PN+內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂移

7、加強(qiáng)，由于少的漂移加強(qiáng)，由于少子濃度很低，形成很子濃度很低，形成很小的反向電流小的反向電流IR IR+綜上所述，綜上所述，PN 結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴＝Y(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽極陽極 D陽極陽極陰極陰極管殼管殼PN例如例如2CZ10,2CW182CZ10,2CW18等。等。iD = 0UT = 0.5 V (硅管硅管) 0.1 V (鍺管鍺管)U UTiD 急劇上升急劇上升0

8、 U UT UD= 0.7 V (硅管硅管)0.3 V (鍺管鍺管)U UB反向電流急劇增大反向電流急劇增大二極管被反向擊穿二極管被反向擊穿例例1：忽略管壓降，二極管可看作短路，忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V陽陽陰陰解：解：D6V12V3k BAUAB+(a)(b)BD16V12V3k AD2UAB+解：解： D2 優(yōu)先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通電壓電壓UAB = 0 VD2導(dǎo)通后導(dǎo)通后, V1陰陰 = 0 V, D1承受反向電壓承受反向電壓 ， D1截止。截止。t )(sintui 18 IZ穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。在電路中實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。IZIZM_+陰極陰極陽極陽極 UZUZUIO+DZ DZ 1)1)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿反向擊穿)時管子兩端的電壓。時管子兩端的電壓。3)3)動態(tài)電阻動態(tài)電阻2)2)穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流 IZM4)4)最大允許耗散功率最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。UZ IZIZIZMUI UZZZZIU