(下冊(cè))第1章半導(dǎo)體器件分析

1、一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展 電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之“無(wú)孔不入無(wú)孔不入”，應(yīng)用廣泛！，應(yīng)用廣泛！廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)：路由器、網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATMATM交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測(cè)航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測(cè)醫(yī)

2、學(xué)：醫(yī)學(xué)：刀、刀、CTCT、B B超、微創(chuàng)手術(shù)超、微創(chuàng)手術(shù)消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相機(jī)、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng)機(jī)、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng)緒緒 論論1904年年電子管問世電子管問世1947年年晶體管誕生晶體管誕生1958年集成電年集成電路研制成功路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較電子管、晶體管、集成電路比較 電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管半導(dǎo)體管集成電路半導(dǎo)體元器件的發(fā)展半導(dǎo)體元器件的發(fā)展1947年 貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管1958年 集成電路196

3、9年 大規(guī)模集成電路1975年 超大規(guī)模集成電路 第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而個(gè)晶體管，而1997年一片集成電路年一片集成電路中有中有40億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍倍/6年年的速度增長(zhǎng)，到的速度增長(zhǎng)，到2015或或2020年達(dá)到飽和。年達(dá)到飽和。第一只晶體管的發(fā)明者第一只晶體管的發(fā)明者（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）第一個(gè)集成電路及其發(fā)明者第一個(gè)集成電路及其發(fā)明者（ Jack Kilby from TI ） 19

4、58年年9月月12日，在德州儀器公司日，在德州儀器公司的實(shí)驗(yàn)室里，實(shí)現(xiàn)了把電子器件集成的實(shí)驗(yàn)室里，實(shí)現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導(dǎo)體材料上的構(gòu)想。在一塊半導(dǎo)體材料上的構(gòu)想。42年以年以后，后， 2000年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 “為為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。 他們?cè)谒麄冊(cè)?947年年11月底發(fā)明了晶月底發(fā)明了晶體管，并在體管，并在12月月16日正式宣布日正式宣布“晶晶體管體管”誕生。誕生。1956年獲諾貝爾物理年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。巴因所做的超導(dǎo)研究于學(xué)獎(jiǎng)。巴因所做的超導(dǎo)研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年第二次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。值得紀(jì)念的幾位科學(xué)

5、家！二、模擬信號(hào)與模擬電路1. 電子電路中信號(hào)的分類電子電路中信號(hào)的分類數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：離散性：離散性模擬信號(hào)：連續(xù)性。模擬信號(hào)：連續(xù)性。大多數(shù)物理量為模擬信號(hào)。大多數(shù)物理量為模擬信號(hào)。 2. 模擬電路模擬電路 模擬電路模擬電路是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的電路。是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的電路。 最基本的處理是對(duì)信號(hào)的放大，有功能和性能各異的放最基本的處理是對(duì)信號(hào)的放大，有功能和性能各異的放大電路。大電路。 其它模擬電路多以放大電路為基礎(chǔ)。其它模擬電路多以放大電路為基礎(chǔ)?！?”的電的電壓當(dāng)量壓當(dāng)量“1”的倍的倍數(shù)數(shù)任何瞬間的任何任何瞬間的任何值均是有意義的值均是有意義的三、電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路

6、模擬電子電路數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）傳感器傳感器接收器接收器隔離、濾隔離、濾波、放大波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較換、比較功放功放模擬模擬- -數(shù)字混合電子電路數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第第1 1章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2 PN 1.2 PN 結(jié)與二極管結(jié)與二極管1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.1 1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物

7、質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(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) )。摻雜性：摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電往純凈的半導(dǎo)體中摻入

8、某些雜質(zhì)，導(dǎo)電 能力明顯改變能力明顯改變( (可做成各種不同用途的半導(dǎo)可做成各種不同用途的半導(dǎo) 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 ( (可做可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等管、光敏三極管等) )。熱敏性：熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式晶體中原子的排列

9、方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子價(jià)電子。 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子1.1.11.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 硅原子外層軌道硅原子外層軌道4 4個(gè)價(jià)電子，它與相鄰原子靠得很個(gè)價(jià)電子，它與相鄰原子靠得很 近，使價(jià)電子成為兩個(gè)原子共有，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。近，使價(jià)電子成為兩個(gè)原子共有，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 價(jià)電子在獲得一定能量?jī)r(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同為自由電子（帶負(fù)電），

10、同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征激發(fā)：本征激發(fā)：空穴空穴溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子便愈多。自由電子自由電子 在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)），運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)），產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩當(dāng)

11、半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流部分電流 ： (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流電子電流 (2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流空穴電流注意：注意： (1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差；其導(dǎo)電性能很差； (2) 溫度愈高，溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和自由電子和空穴都稱為載流子?？昭ǘ挤Q為載流子。 自由電子和自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)空穴成對(duì)地產(chǎn)生

12、的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的其它適當(dāng)元素在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的其它適當(dāng)元素后所形成的半導(dǎo)體。根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分后所形成的半導(dǎo)體。根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為：為：N N型半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的型半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素（如磷、砷）后形成五價(jià)元素（如磷、砷）后形成P P型半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的型半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體中摻

13、入微量的三價(jià)元素（如硼）后形成。三價(jià)元素（如硼）后形成。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻雜后自由電子數(shù)目摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體電方式，稱為電子半導(dǎo)體或或N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素?fù)饺胛鍍r(jià)元素 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素 在在N 型半導(dǎo)體中自由電子型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空是多數(shù)載流子（多子），

14、空穴是少數(shù)載流子（少子）。穴是少數(shù)載流子（少子）。P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻雜后空穴數(shù)目大量摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或式，稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素?fù)饺肴齼r(jià)元素 Si Si Si SiP 型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。子，自由電子是少數(shù)載流子。B硼原子硼原子空穴空穴在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素思考：思考：N型半導(dǎo)體中的自由電子多于空穴型半導(dǎo)體中的自由電子多于空穴P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子型半導(dǎo)體中的空穴

15、多于自由電子是否是否N型半導(dǎo)體帶負(fù)電，而型半導(dǎo)體帶負(fù)電，而P型半導(dǎo)體帶正電？型半導(dǎo)體帶正電？不是。不是。當(dāng)原子沒有被激發(fā)時(shí)，價(jià)電子被共價(jià)鍵束縛得很緊，當(dāng)原子沒有被激發(fā)時(shí)，價(jià)電子被共價(jià)鍵束縛得很緊，此時(shí)晶體沒有導(dǎo)電能力；而被激發(fā)形成了此時(shí)晶體沒有導(dǎo)電能力；而被激發(fā)形成了N或或P型型導(dǎo)體以后，載流子的多少，只表示導(dǎo)電能力的大小，導(dǎo)體以后，載流子的多少，只表示導(dǎo)電能力的大小，對(duì)外并不顯電性。對(duì)外并不顯電性。當(dāng)摻入三價(jià)元素的密度大于五價(jià)元素的密度時(shí)，可當(dāng)摻入三價(jià)元素的密度大于五價(jià)元素的密度時(shí)，可將將N型轉(zhuǎn)型為型轉(zhuǎn)型為P型；型；雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型：雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型：當(dāng)摻入五價(jià)元素的密度大于三價(jià)元素的密度時(shí)

16、，可當(dāng)摻入五價(jià)元素的密度大于三價(jià)元素的密度時(shí)，可將將P型轉(zhuǎn)型為型轉(zhuǎn)型為N N型型問題：?jiǎn)栴}：N N型半導(dǎo)體可否轉(zhuǎn)成型半導(dǎo)體可否轉(zhuǎn)成P P型？或是型？或是P P型半導(dǎo)體能型半導(dǎo)體能否轉(zhuǎn)成否轉(zhuǎn)成N N型？型？通過(guò)特殊的摻雜工藝，使半導(dǎo)體的一邊形成通過(guò)特殊的摻雜工藝，使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)，交界處將形成一個(gè)特型區(qū)，交界處將形成一個(gè)特殊的薄層，稱為殊的薄層，稱為。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - -

17、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -PN結(jié)的形成結(jié)的形成1.2 PN1.2 PN結(jié)與二極管結(jié)與二極管（1 1）由于載流子的濃度差別作用下，多子做擴(kuò)散運(yùn)）由于載流子的濃度差別作用下，多子做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電子從動(dòng)，電子從 N區(qū)區(qū)P向區(qū)擴(kuò)散，在交界面向區(qū)擴(kuò)散，在交界面N N區(qū)附近留下區(qū)附近留下一些帶正電的五價(jià)雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)一些帶正電的五價(jià)雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - -

18、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -N N區(qū)一側(cè)失去電子留下不能移動(dòng)的正離子，區(qū)一側(cè)失去電子留下不能移動(dòng)的正離子，該離子不能參與導(dǎo)電。該離子不能參與導(dǎo)電。同樣，在濃度差的作用下，空穴從同樣，在濃度差的作用下，空穴從 P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

19、 - - - - - -P P區(qū)一側(cè)失去空穴留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，區(qū)一側(cè)失去空穴留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，該離子該離子也不能參與導(dǎo)電。也不能參與導(dǎo)電。在交界面在交界面P P區(qū)附近留下一些帶負(fù)電的三價(jià)雜質(zhì)離子，區(qū)附近留下一些帶負(fù)電的三價(jià)雜質(zhì)離子，形成負(fù)空間電荷區(qū)形成負(fù)空間電荷區(qū)在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)區(qū)交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子，稱為交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子，稱為空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

20、 + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -PN結(jié)結(jié)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)正負(fù)空間電荷在交界面

21、兩側(cè)形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)方內(nèi)電場(chǎng)方向向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -內(nèi)電場(chǎng)方向是從帶正電的內(nèi)電場(chǎng)方向是從帶正電的N N區(qū)指向帶負(fù)電的區(qū)指向帶負(fù)電的P P區(qū)區(qū) 內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，即即PN結(jié)結(jié)阻礙多子的擴(kuò)散阻礙多子的擴(kuò)散，這是一方面；，這是一方面；N+ + + +

22、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -P向向N區(qū)擴(kuò)撒的空穴在空間電荷區(qū)將受到內(nèi)電場(chǎng)的阻力區(qū)擴(kuò)撒的空穴在空間電荷區(qū)將受到內(nèi)電場(chǎng)的阻力N向向P區(qū)擴(kuò)撒的自由電子也將受到內(nèi)電場(chǎng)的阻力區(qū)擴(kuò)撒的自由電子也將受到內(nèi)電場(chǎng)的阻力此時(shí)少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即即PN結(jié)另一方面還要結(jié)另一方面還要加速少子的漂移運(yùn)動(dòng)加速少子

23、的漂移運(yùn)動(dòng)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -PN結(jié)結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面內(nèi)電場(chǎng)對(duì)與一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面內(nèi)電場(chǎng)對(duì)與少數(shù)載流子則可推動(dòng)它們?cè)竭^(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方少數(shù)載流子則可推動(dòng)它們?cè)竭^(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

24、 + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -擴(kuò)散和漂移互相聯(lián)系又互相矛盾，逐漸達(dá)到平衡動(dòng)態(tài)平擴(kuò)散和漂移互相聯(lián)系又互相矛盾，逐漸達(dá)到平衡動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定下來(lái)，衡。當(dāng)空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定下來(lái)，PN結(jié)處于相結(jié)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)a. 流過(guò)流過(guò)PN結(jié)的凈電流為零。結(jié)的凈電流為零。b. PN結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）。結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）。c. 接觸電勢(shì)一定（約零點(diǎn)幾伏）。接觸

25、電勢(shì)一定（約零點(diǎn)幾伏）。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -當(dāng)當(dāng)N區(qū)和區(qū)和P區(qū)的摻雜濃度不等時(shí)：區(qū)的摻雜濃度不等時(shí)：離子密離子密度大度大空間電荷空間電荷區(qū)的寬度區(qū)的寬度較窄較窄離子密離子密度小度小空間電荷空間電荷區(qū)的寬度區(qū)的寬度較寬較寬高摻雜濃度區(qū)高摻雜濃度區(qū)域用域用N+表示表示+_PN+1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N

26、 結(jié)結(jié)正向偏置正向偏置結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： P 區(qū)加正電區(qū)加正電壓、壓、N 區(qū)加負(fù)電壓區(qū)加負(fù)電壓特點(diǎn)：結(jié)電阻很小，特點(diǎn)：結(jié)電阻很小，正向電流較大正向電流較大PN 結(jié)結(jié)反向偏置反向偏置結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： P區(qū)加負(fù)電區(qū)加負(fù)電壓、壓、N 區(qū)加正電壓區(qū)加正電壓特點(diǎn)：結(jié)電阻很大，特點(diǎn)：結(jié)電阻很大，反向電流很小反向電流很小 PN結(jié)最基本的特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦越Y(jié)最基本的特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦约赐饧诱螂妷?，即外加正向電壓，PN結(jié)導(dǎo)通；外加反向電壓，結(jié)導(dǎo)通；外加反向電壓，PN結(jié)截止。結(jié)截止。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

27、- - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +PNPN結(jié)上加正向電壓，結(jié)上加正向電壓，+ +接接P P，- -接接N N。外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)。外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，破壞擴(kuò)散與漂移的平衡方向相反，破壞擴(kuò)散與漂移的平衡- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

28、+ + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +內(nèi)電場(chǎng)被削弱內(nèi)電場(chǎng)被削弱PN結(jié)變窄結(jié)變窄多子擴(kuò)散增加多子擴(kuò)散增加P P區(qū)的空穴受外電場(chǎng)影響進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷，區(qū)的空穴受外電場(chǎng)影響進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷，NN區(qū)的自由電子也進(jìn)入抵消一部分正空間電荷區(qū)的自由電子也進(jìn)入抵消一部分正空間電荷外電場(chǎng)越強(qiáng)，正向電流越大（外電場(chǎng)越強(qiáng)，正向電流越大（P至至N），），PN結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+

29、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +內(nèi)電場(chǎng)被削弱內(nèi)電場(chǎng)被削弱PN結(jié)變窄結(jié)變窄多子擴(kuò)散增加多子擴(kuò)散增加正向電流（由正向電流（由P流向流向N區(qū)的電流），包括空穴電流和電子電流區(qū)的電流），包括空穴電流和電子電流空穴和電子雖然帶有不同極性的電荷，但由于它們運(yùn)動(dòng)的方向相反空穴和電子雖然帶有不同極性的電荷，但由于它們運(yùn)動(dòng)的方向相反所以電流一致，外電源不斷向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。所以電流一致，外電源不斷向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)PN結(jié)變寬結(jié)變寬不利多子擴(kuò)散不利多子擴(kuò)散有利少子

30、漂移有利少子漂移- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向一致，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使多子擴(kuò)散難外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向一致，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使多子擴(kuò)散難于進(jìn)行，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)。于進(jìn)行，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)。PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)。此電流稱為此電流稱為反向飽和電流，記為反向飽和電流，

31、記為IS。外電場(chǎng)作用下，外電場(chǎng)作用下，N N中的空穴越過(guò)中的空穴越過(guò)PNPN結(jié)進(jìn)入結(jié)進(jìn)入P P區(qū)，區(qū)，P P區(qū)自由電子越區(qū)自由電子越過(guò)過(guò)PNPN結(jié)進(jìn)入結(jié)進(jìn)入N N區(qū)，在電路中形成反向電流（區(qū)，在電路中形成反向電流（N N流向流向P P），少數(shù)載），少數(shù)載流子數(shù)量少流子數(shù)量少，所以反向電流不大，此時(shí)所以反向電流不大，此時(shí)PNPN結(jié)反向電阻很高。由結(jié)反向電阻很高。由于少子是靠熱能激發(fā)產(chǎn)生，所以溫度越高反向電流越大。于少子是靠熱能激發(fā)產(chǎn)生，所以溫度越高反向電流越大。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

32、- - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +因此，少子濃度度主要與溫度有關(guān)，反向電流與反向電壓幾乎無(wú)關(guān)因此，少子濃度度主要與溫度有關(guān)，反向電流與反向電壓幾乎無(wú)關(guān)PN PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦訮N 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+正向偏置時(shí)導(dǎo)通，正向電阻很小正向偏置時(shí)導(dǎo)通，正向電阻很小PN PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?反向偏置時(shí)截止，反向電阻很大反向偏置時(shí)截止，反向電阻很大二極管的組成將將PN結(jié)封裝

33、，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管10.2.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 一、二極管的組成點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作的電流小，最高工作頻率高。頻率高。面接觸型：結(jié)面積大，面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作的電流大，最高工作頻率低。頻率低。平面型：結(jié)面積可小、平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電高，大的結(jié)允許的電流大。流大。二極管

34、導(dǎo)通電路二極管導(dǎo)通電路EDPN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓半導(dǎo)體二極管的類型半導(dǎo)體二極管的類型（1）按使用的半導(dǎo)體材料不同分為）按使用的半導(dǎo)體材料不同分為（2）按結(jié)構(gòu)形式不同分）按結(jié)構(gòu)形式不同分硅管硅管鍺管鍺管點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型平面型平面型2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性 硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性擊擊穿穿特特性性mA/DiV/Du00. 8反向特性反向特性鍺管鍺管正向特性正向特性mA/DiV/DuuDiD)(DDufi (1) 整個(gè)正向特性曲線近似地呈整個(gè)正向特性曲線近似地呈現(xiàn)為指數(shù)形式。現(xiàn)為指數(shù)形式。TSDUDueIi (2)

35、有死區(qū)有死區(qū)（iD0的區(qū)域）的區(qū)域）正向特性正向特性死區(qū)電壓約為死區(qū)電壓約為硅管硅管0.6-0.7V鍺管鍺管0.2-0.3VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D(3) 導(dǎo)通后（即導(dǎo)通后（即uD大于死區(qū)電壓后）大于死區(qū)電壓后）TDTSDD1TDUiUeIdudiUu 管壓降管壓降uD 約為約為硅管硅管0.60.7V鍺管鍺管0.20.3V取管壓降取管壓降uD 硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.2VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D即即 uD升高升高， iD急劇急劇增大增大反向特性反向特性 (BR)DUu （

36、1）當(dāng)當(dāng)SDIi 時(shí)時(shí)，IS硅管硅管0.1 A鍺管幾十到幾百鍺管幾十到幾百 AOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D反向飽和電流反向飽和電流IS硅管硅管00. 8反向特性反向特性鍺管鍺管正向特性正向特性mA/DiV/Du(2) 當(dāng)當(dāng)(BR)DUu 時(shí)時(shí)反向電流急劇增大反向電流急劇增大擊穿的類型：擊穿的類型：根據(jù)擊穿可逆性分為根據(jù)擊穿可逆性分為電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿二極管發(fā)生反向擊穿二極管發(fā)生反向擊穿OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D 半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)1. 最大整流電

37、流最大整流電流IF2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)管子長(zhǎng)期運(yùn)行所允許通管子長(zhǎng)期運(yùn)行所允許通過(guò)的電流平均值。過(guò)的電流平均值。 二極管能承受的最高反二極管能承受的最高反向電壓。向電壓。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D4. 反向飽和電流反向飽和電流Is3. 最高允許反向工作電壓最高允許反向工作電壓UR為了確保管子安全工作，所允許的為了確保管子安全工作，所允許的最高反向電壓是擊穿電壓的最高反向電壓是擊穿電壓的1/21/2倍。倍。室溫下加上規(guī)定的反向電室溫下加上規(guī)定的反向電壓測(cè)得的電流。電流越小壓測(cè)得的電流。電流越小說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦栽秸f(shuō)明管

38、子的單向?qū)щ娦栽胶谩：?。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)DUR=（1/22/3）U(BR)反向擊穿電壓反向擊穿電壓5. 正向電壓降正向電壓降UD6. 最高工作頻率最高工作頻率fM指通過(guò)一定的直流測(cè)試電流指通過(guò)一定的直流測(cè)試電流時(shí)的管壓降。時(shí)的管壓降。 當(dāng)工作頻率過(guò)高時(shí)，其當(dāng)工作頻率過(guò)高時(shí)，其單向?qū)щ娦悦黠@變差。單向?qū)щ娦悦黠@變差。 OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D 1. 1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)，時(shí)， 二極管處于正

39、向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。電流較大。2. 2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正 ）時(shí)，時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。電流很小。3. 3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?dǎo)電性。4. 4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。愈大。導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止否則，正向

40、管壓降否則，正向管壓降硅硅0.60.70.60.7V鍺鍺0.20.20.30.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓的高低或所加電壓UD的正負(fù)的正負(fù)。若若 V V陽(yáng)陽(yáng) V V陰陰或或 U UD D為正為正( ( 正向偏置正向偏置 ) )，二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通若若 V V陽(yáng)陽(yáng) V陰陰 二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通否則，否則， UAB為為6.3或或6.7V例例1：D6V12V3k BAUAB+因?yàn)橐驗(yàn)椋蚬軌赫蚬軌航到倒韫?.60.70.60.7V鍺鍺0.20.20.30.3V取取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。的電位。V1陽(yáng)陽(yáng) =6 V，V2陽(yáng)陽(yáng)=0 V，V1陰陰 = V2陰陰= 12 VUD1 = 6V，UD2 =12VD2 優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， D1截止。截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，若忽略管壓降，二