模擬電子技術(shù)第章3

2半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路2.1.1半導(dǎo)體材料

其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體，如硅（Si）、鍺（Ge）等；化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）等。以及摻雜或制成其它化合物半導(dǎo)體的材料。半導(dǎo)體具有某些特殊性質(zhì)：如壓敏熱敏及摻雜特性，導(dǎo)電能力改變。2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路2.1.2本征半導(dǎo)體，空穴及其導(dǎo)電作用1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。

形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。（1）載流子、自由電子和空穴第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路（2）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產(chǎn)生的電流。2.空穴移動產(chǎn)生的電流。第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

（1）N型半導(dǎo)體在本征Si和Ge中摻入微量V族元素后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。所摻入V族元素稱為施主雜質(zhì)，簡稱施主（能供給自由電子）。

雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中人為摻入某種“雜質(zhì)”元素形成的半導(dǎo)體。分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路

（2）P型半導(dǎo)體：在本征Si和Ge中摻入微量Ⅲ族元素后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。所摻入Ⅲ族元素稱為受主雜質(zhì)，簡稱受主（能供給自由電子）。下圖所示（圖2-2）P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。

第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路少量摻雜，平衡狀態(tài)下：ni2=n0·p0

其中，ni為本征濃度，n0為自由電子濃度，p0為空穴濃度溫度增加，本征激發(fā)加劇，但本征激發(fā)產(chǎn)生的多子遠(yuǎn)小雜質(zhì)電離產(chǎn)生的多子?！锇雽?dǎo)體工作機(jī)理：雜質(zhì)是電特性?！颯i半導(dǎo)體比Ge半導(dǎo)體有更高的溫度。因?yàn)橥瑴囟葧r，Si半導(dǎo)體比Ge半導(dǎo)體本征激發(fā)弱，更高的溫度Si半導(dǎo)體才會失去雜質(zhì)導(dǎo)電特性。（3）雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度：第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路2.2PN結(jié)的形成及特性★PN結(jié)：將P型和N型半導(dǎo)體采用特殊工藝制造成半導(dǎo)體半導(dǎo)體內(nèi)有一物理界面，界面附近形成一個極薄的特殊區(qū)域，稱為PN結(jié)。▼內(nèi)建電場：由N區(qū)指向P區(qū)的電場E。阻止兩區(qū)多子的擴(kuò)散。電場E產(chǎn)生的兩區(qū)少子越結(jié)漂移電流將部分抵消因濃度差產(chǎn)生的使兩區(qū)多子越結(jié)的擴(kuò)散電流。擴(kuò)散進(jìn)一步進(jìn)行，空間電荷區(qū)內(nèi)的暴露離子數(shù)增多，電場E增強(qiáng)，漂移電流增大，當(dāng)擴(kuò)散電流=漂移電流時，達(dá)到平衡狀態(tài)，形成PN結(jié)。無凈電流流過PN結(jié)。2.2.1PN結(jié)的形成第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路第二章半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路PN結(jié)形川成過繼程分眠解：第二諒章陡半先導(dǎo)體甚二極余管及腦應(yīng)用送電路2.喉2.偏2屈P稈N結(jié)的李單向倦導(dǎo)電肚特性無外遍接電伴壓的PN結(jié)→開路PN結(jié)，譜平衡傭狀態(tài)PN結(jié)PN結(jié)外你加電棉壓時纖→外樂電路棕產(chǎn)生燒電流1.正向際偏置獲（簡粱稱正斗偏）PN結(jié)PN結(jié)外不加直晚流電蜻壓V：P區(qū)接罷高電烈位（艱正電兔位）質(zhì)，N區(qū)接優(yōu)低電俱位（耳負(fù)電櫻位）膚→正梅偏→正向合電流第二滅章京半藏導(dǎo)體戰(zhàn)二極虹管及萬應(yīng)用描電路第二茫章證半昨?qū)w悼二極幟管及直應(yīng)用鎮(zhèn)電路－－－－++++REPN結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電顧場被溫削弱啦，多亮子的繞擴(kuò)散玩加強(qiáng)售能夠謹(jǐn)形成迅較大正的擴(kuò)壤散電活流。第二的章罪半慕導(dǎo)體浪二極篩管及閘應(yīng)用舟電路2.反向爛偏置映（簡捐稱反熊偏）PN結(jié)反飄偏：P區(qū)接瓶低電肌位（北負(fù)電坊位）蠶，N區(qū)接緒高電偏位（糠正電努位）何。＊沖硅PN結(jié)的Is為pA級＊去溫度T增大→Is第二適章唉半責(zé)導(dǎo)體太二極李管及贊應(yīng)用賊電路PN結(jié)反案向偏裁置NP+RE－－－－++++內(nèi)電場變厚_內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。外電場第二薪章緣瑞半袋導(dǎo)體面二極與管及鑒應(yīng)用紹電路3.臟PN結(jié)的伏安住特性（1）PN結(jié)的懲伏安皂特性掃曲線第二析章輔半坐導(dǎo)體匙二極屠管及禁應(yīng)用洗電路（2）PN結(jié)的膝電流表方程PN結(jié)所澡加端怕電壓U與流女過它均的電扇流I的關(guān)備系為條：其中Is為反昏向飽挨和電賤流，UT為kt數(shù)/q，k為玻御耳茲載曼常鄙數(shù)，T為熱風(fēng)力學(xué)歐溫度默，q為電燒子的遍電量夢，常緞溫下繩，T＝30幼0K時，UT可取26投mv對于己二極宰管其坑動態(tài)行電阻摔為：第二顆章伙半膏導(dǎo)體按二極川管及普應(yīng)用令電路二極掛管處法于反懼向偏典置時硬，在這一定注的電法壓范蹈圍內(nèi)號，流折過PN結(jié)的錦電流蜻很小浪，但擠電壓哥超過眉某一瞇數(shù)值蠟時，乓反向居電流糾急劇凡增加鑰，這眼種現(xiàn)梳象我女們就深稱為反向富擊穿。旬擊虹穿形紀(jì)式分獅為兩勺種：雪崩牌擊穿朵和齊敘納擊揮穿。齊納杜擊穿銜：高摻接雜情感況下瓶，耗丟盡層耳很窄餅，宜市于形釀成強(qiáng)燙電場首，而講破壞點(diǎn)共價附鍵，教使價允電子蘇脫離尤共價架鍵束熱縛形驗(yàn)成電灰子－管空穴禁對，施致使顧電流造急劇遮增加枝。*擊穿電并不版意味礦著PN結(jié)燒暢壞。2.湊2.禾3忘P業(yè)N結(jié)的善反向推擊穿第二郊章轉(zhuǎn)半吧導(dǎo)體耳二極六管及鍬應(yīng)用注電路雪崩宜擊穿罰：如果日攙雜擁濃度北較低疑，不枯會形愈成齊販納擊蘋穿，僚而當(dāng)通反向跟電壓歇較高歐時，生能加孤快少域子的睬漂移類速度琴，從寶而把園電子絮從共隆價鍵淺中撞麥出，渣形成唐雪崩延式的摸連鎖千反應(yīng)暫。蘿對于梢硅材有料的PN結(jié)來宋說，慢擊穿綿電壓〉7柏v時為證雪崩態(tài)擊穿沙，<4誦v時為攤齊納山擊穿餅。在4v與7v之間冤，兩益種擊度穿都拋有。攜這種發(fā)現(xiàn)象賽破壞宴了PN結(jié)的談單向女導(dǎo)電管性，櫻我們袋在使瘡用時我要避惑免。第二頂章瞧半刷導(dǎo)體叼二極雷管及咽應(yīng)用坐電路2.誓3半導(dǎo)耐體二唇極管半導(dǎo)朽體二俘極管蓄的幾投種常辯見外最形第二辨章林半頸導(dǎo)體煤二極拾管及降應(yīng)用迅電路2.帳3.溫1半導(dǎo)板體二壯極管吸的結(jié)構(gòu)PN結(jié)加脈上管未殼和洪引線拾，就睡成為懲半導(dǎo)監(jiān)體二耀極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接壘觸型PN結(jié)面接加觸型PN二極管的電路符號：第二瓶章嚷半膏導(dǎo)體當(dāng)二極偵管及譽(yù)應(yīng)用輔電路2.讀3.質(zhì)2伏安消特性UI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR第二替章磁半興導(dǎo)體絡(luò)二極找管及幼應(yīng)用茂電路2.川3.醒3.主要資參數(shù)1.最大桿整流劉電流IOM二極工管長自期使翼用時您，允矛許流技過二店極管波的最遼大正茫向平薪均電久流。2.反向恩擊穿艘電壓UBR二極見管反悅向擊宿穿時隱的電續(xù)壓值津。擊糾穿時恐反向族電流順劇增刷，二軟極管槽的單飼向?qū)ж?zé)電性催被破贊壞，硬甚至炭過熱捧而燒未壞。產(chǎn)手冊犁上給徒出的讓最高誓反向偏工作艇電壓UWR開M一般兆是UBR的一蒸半。第二槍章竄半肯導(dǎo)體蓮二極緞管及估應(yīng)用與電路3.反向熔電流IR指二秤極管甘加反鑄向峰爭值工足作電士壓時繩的反柜向電其流。雀反向冒電流位大，走說明登管子然的單療向?qū)㈦娦愿２?，威因此耽反向斤電流牛越小藍(lán)越好賭。反敢向電悲流受灑溫度誦的影低響，慕溫度先越高合反向匆電流學(xué)越大歪。硅罰管的叉反向轟電流列較小功，鍺抱管的肝反向撿電流菌要比針硅管烤大幾處十到階幾百銅倍。以上激均是放二極膚管的皮直流仆參數(shù)巷，二紗極管蛋的應(yīng)列用是徑主要異利用白它的凍單向餅導(dǎo)電船性，客主要俊應(yīng)用扒于整時流、騰限幅生、保喇護(hù)等吃等。耽下面尿介紹不兩個罷交流愛參數(shù)劑。第二奴章睜半捧導(dǎo)體劇二極豬管及羨應(yīng)用弱電路4.微變演電阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二勸極管警特性宵曲線植上工烤作點(diǎn)Q附近梁電壓扒的變溪化與鋤電流著的變際化之膊比：顯然泄，rD是對Q附近鼓的微釋小變駐化區(qū)怪域內(nèi)甲的電碧阻。第二問章剃半繭導(dǎo)體態(tài)二極側(cè)管及織應(yīng)用她電路5.二極間管的避極間始電容二極丟管的喇兩極傘之間菠有電完容，聲此電職容由備兩部昨分組音成：勢壘震電容CB和擴(kuò)散宇電容CD。勢壘奧電容眾：勢壘宗區(qū)是緩積累警空間椅電荷統(tǒng)的區(qū)查域，撤當(dāng)電形壓變譜化時圓，就欣會引想起積悔累在紐奉勢壘童區(qū)的侄空間懷電荷你的變售化，侵這樣具所表讀現(xiàn)出版的電顛容是勢壘機(jī)電容。第二榴章惠半齡導(dǎo)體竟二極藏管及頌應(yīng)用欲電路擴(kuò)散妹電容：為了默形成姐正向竊電流撿（擴(kuò)俘散電渾流）臨，注殿入P區(qū)的的少子啄（電疾子）匹在P區(qū)有桌濃度施差，籌越靠光近PN結(jié)濃云度越疲大，磁即在P區(qū)有出電子糾的積當(dāng)累。欠同理酬，在N區(qū)有坦空穴不的積五累。歪正向涼電流描大，廢積累槽的電倆荷多籌。這樣悔所產(chǎn)殃生的喇電容桶就是榆擴(kuò)散狼電容CD。P+-N第二鴨章亂半貍導(dǎo)體我二極唉管及除應(yīng)用不電路CB在正懂向和色反向艙偏置納時均燦不能牧忽略肅。而攤反向倘偏置冤時，倉由于墳載流婦子數(shù)畏目很鹽少，氧擴(kuò)散窮電容刪可忽烤略。PN結(jié)高瓜頻小擦信號搶時的放等效死電路靠：勢壘紐奉電容胳和擴(kuò)宋散電祖容的團(tuán)綜合圾效應(yīng)rd第二糊章撤半萄導(dǎo)體徐二極校管及筑應(yīng)用釘電路2.依4二極慎管基箱本電券路害及其奮分析描方法二極覽管是疾一種拔非線梁性器距件，玩因而皺二極婦管一供般要欣采用獎非線更性電勢路的珍分析陶方法取。在疑此主駛要介煉紹模型肅分析鼓法。簡單腦的模倉型便蛋于近蓮似估洞算，繞較復(fù)邊雜的湖模型他為借豈助計(jì)苗算機(jī)雞解題幣提供周基礎(chǔ)習(xí)。第二強(qiáng)章渴半偉導(dǎo)體岡二極仰管及駛應(yīng)用額電路2.專4.榨1二極支管正止向伏弓安特壯性的猛建模1.理想唱模型如圖焰所示狂，在物正向刻偏置畝時，否其管趨壓降逆為0V，而逼當(dāng)二極濕管處鴨于反夸向偏舉置時鳴，認(rèn)版為它惜的電賽阻為罷無窮境大，扇電流章為零悶。在實(shí)違際電蹲路中傍，當(dāng)辟電源夕電壓療遠(yuǎn)比養(yǎng)二極蹲管的緣瑞管壓杯降大蕩時，煌利用旦此法嬸來近啟似分屠析。第二非章赤半旗導(dǎo)體欲二極揀管及忍應(yīng)用基電路2.恒壓頂降模舅型如圖勸所示燃，當(dāng)頃二極當(dāng)管處富于正澤向偏竿置時再，其幅管壓鳥降認(rèn)遣為是暢恒定暫的，藥且不雅隨電幻玉流而深改變腿，典珍型值撤為0.黎7V。不過賀，這惑只有春當(dāng)二克極管鉛的電推流iD近似盤等于劍或大憲于1m簡A時才是境正確賠的。浙該模合型提激供了仗合理蔑的近服似，振因此趟，應(yīng)浙用也未較廣貌。第二襲章棋半燈導(dǎo)體逢二極洲管及辨應(yīng)用航電路為了羊較真椒實(shí)地低描述鋼二極含管的葡伏安里特性測，在敞恒壓杰降模隊(duì)型的炕基礎(chǔ)背上，拆作一耀定地四修正憂，即駁二極尿管的頁壓降爹，隨俱電流崖的增急加而蛾增加瓜，可飛以用底一個震電源叨和內(nèi)秩阻rD來近絕似。3.折線降模型第二勵章獎半獨(dú)導(dǎo)體牲二極跳管及部應(yīng)用導(dǎo)電路4.小信愿號模缺型由右禾圖可畫看出奮未變料電阻rD可直接墨得出必，即我們忙知道西，二航極管滾的伏應(yīng)安特隔性表漿達(dá)式第二鹿章灶半悠導(dǎo)體健二極軋管及燒應(yīng)用牲電路我們鑄可以續(xù)得出釘下式往：即rD=UT/ID第二勇章敏半鴨導(dǎo)體活二極埋管及倘應(yīng)用干電路2.好5特殊伸二極靈管2.燦5.倆1穩(wěn)壓鉆二極昌管穩(wěn)壓椅二極寬管又釋稱齊刊納二席極管趕，是泉一種蚊用特下殊工然藝制至造的尊面結(jié)蹈型硅匙半導(dǎo)被體二反極管否；這警種管文子的需雜質(zhì)載濃度黃比較東大，蟻空間畝電荷漲區(qū)內(nèi)肚的電壁荷密標(biāo)度也桌大，痛因而灣該區(qū)質(zhì)域很耗窄，崇容易乓形成縣強(qiáng)電飛場。燦當(dāng)反薪向電杏壓加禾到某唉一定炸值時紀(jì)，反導(dǎo)向電欄流急梯增，乳產(chǎn)生視反向擊擊穿乎。第二匙章辜半脖導(dǎo)體榨二極尼管及鄙應(yīng)用住電路（4）穩(wěn)定普電流IZ、最大汗、最縫小穩(wěn)晨定電擾流Izm洋ax、Izm鳴in。（5）最漠大允醋許功補(bǔ)耗穩(wěn)壓幫二極島管的缸參數(shù):（1）穩(wěn)定位電壓UZ（2）電壓銳溫度黃系數(shù)U（%/孝℃）（3）動率態(tài)電撞阻第二猾章賄半戲?qū)w糟二極遺管及籮應(yīng)用賽電路穩(wěn)壓帥二極谷管的正應(yīng)用箱舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓賣管的疊技術(shù)抖參數(shù):負(fù)載艘電阻。要求當(dāng)輸偉入電校壓由鉆正常窯值發(fā)底生20站%波動代時，頁負(fù)載眉電壓圾基本盲不變娛。解：億令輸公入電屯壓達(dá)此到上譜限時茫，流壓過穩(wěn)倘壓管趁的電詢流為Izma四x。求：電阻R和輸廟入電謀壓ui的正常景