第五章 半導體器件與二極管電路

半導體器件基礎(chǔ)與二極管電路第五章第五章半導體器件基礎(chǔ)與二極管電路5.1半導體二極管的工作原理與特性5.2二極管整流電路5.3二極管峰值采樣電路5.4二極管檢波電路5.1半導體二極管的工作原理與特性導體：自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。5.1.1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦砸?、半導體的導電特性典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導體有溫敏、光敏和摻雜等導電特性。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強。（可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻）光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化。（可做成各種光電元件，如光電電阻、光電二極管、光電晶體管）摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，導電能力明顯改變。（可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體

將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價鍵結(jié)構(gòu)。價電子共價鍵二、本征半導體的晶體結(jié)構(gòu)當溫度T=0

K時，半導體不導電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴若T

，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導體具有導電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。三、本征半導體中的兩種載流子雜質(zhì)半導體有兩種N型半導體P型半導體1、N型半導體(Negative)在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成N型半導體(或稱電子型半導體)。常用的5價雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。四、雜質(zhì)半導體本征半導體摻入5價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個價電子，其中4個與硅構(gòu)成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

見下頁自由電子濃度遠大于空穴的濃度，即n>>p。

電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，

空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。5價雜質(zhì)原子稱為施主原子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子

2、吸P枝型班半導熟體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅盡或鍺慨的晶示體中情摻入凡少量圍的3錘價雜質(zhì)視元素加，如短硼、脆鎵、固銦等隊，即遍構(gòu)成P塑型半許導體。+3空穴憐濃度憲多于族電子裹濃度省，即p>>n。空穴姜為多釣數(shù)載艘流子，電獲子為拖少數(shù)羞載流騎子。3悶價雜澤質(zhì)原彩子稱盆為受主始原子侮。受主面原子空穴在一及塊半拋導體甚單晶征上一健側(cè)摻賀雜成心為鵝P懇型半梅導體霸，另鏡一側(cè)等摻雜捉成為攏N登型鏡半導獄體，識兩個半?yún)^(qū)域皆的交則界處供就形筐成了蓬一個償特殊赤的薄忌層，稱為謀P拼N牲結(jié)。PNPN結(jié)五、P氧N結(jié)拐的形種成及湯其單放向?qū)Ц碗娦?、券P蹲N柜結(jié)中畏載流溉子的勝運動耗盡惕層空間電荷區(qū)PN①.鹿擴悄散運運動②.元擴窄散運芽動形饒成空咽間電弦荷區(qū)電子押和空非穴濃帽度差翁形成多數(shù)架載流染子的讀擴散是運動擠?！獙歅仔N晨結(jié)，環(huán)耗盡居層。PN③.忍空多間電堵荷區(qū)棍產(chǎn)生隱內(nèi)電太場PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場Uho空間歸電荷蓋區(qū)正培負離賭子之示間電環(huán)位差Uho——電位蹲壁壘；——內(nèi)電壟場；內(nèi)梨電場枝阻止率多子幸的擴串散——阻擋來層。④.脊漂扁移運稱動內(nèi)電搞場有槳利于著少子失運動諷—漂移序。少子失的運氧動與響多子貌運動逼方向暴相反阻擋層⑤.婦擴參散與踐漂移鮮的動唇態(tài)平片衡擴散朱運動浴使空擱間電飲荷區(qū)拜增大冷，擴冬散電肝流逐黃漸減限小；隨著屈內(nèi)電宵場的邁增強豎，漂魂移運公動逐攪漸增廳加；當擴島散電洲流與看漂移碧電流助相等錄時，旁PN書結(jié)籍總的含電流斑等于學零，孔空間壺電荷富區(qū)的油寬度漲達到礦穩(wěn)定匆。對稱飼結(jié)即擴散赴運動邀與漂社移運綢動達慣到動魔態(tài)平苗衡。PN不對貨稱結(jié)2、指P桑N陷結(jié)的摧單向論導電享性1.PN臥結(jié)外加葉正向支電壓羅時處硬于導米通狀煎態(tài)又稱袍正向很偏置她，簡宿稱正牽偏。外電場方向內(nèi)電場方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。PN在妨PN眨結(jié)促加上霉一個寒很小芽的正始向電趣壓，壓即可喇得到佛較大頌的正資向電抹流，口為防怖止電帝流過伙大，內(nèi)可接悠入電怨阻R。2.PN屋結(jié)外加盆反向掩電壓滅時處茅于截相止狀狹態(tài)(反偏)反向疼接法犁時，伸外電緣瑞場與扶內(nèi)電轉(zhuǎn)場的昏方向梢一致褲，增輕強了蒼內(nèi)電朋場的犧作用癥；如下響圖外電雪場使喂空間向電荷目區(qū)變遮寬；不利嫩于擴瘡散運賀動，眠有利過于漂在移運儲動，眉漂移思電流弊大于托擴散同電流翻，電束路中旅產(chǎn)生就反向瘡電流I；由于兼少數(shù)藍載流稿子濃份度很捎低，撒反向透電流濁數(shù)值訓非常鄙小。耗盡層反向廢電流斯又稱反向損飽和每電流。對溫梯度十緒分敏鈴感，隨著閑溫度揭升高乓，IS將急靈劇增擇大。PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS綜上廟所述宴：當另PN薯結(jié)匹正向繳偏置拾時，泡回路支中將寧產(chǎn)生中一個摸較大太的正峽向電薦流，甲P指N羅結(jié)處肆于導通塌狀態(tài)；當劍PN溝結(jié)遙反向近偏置浪時，真回路牲中反罰向電沖流非醫(yī)常小切，幾種乎等友于零前，薯PN臭結(jié)婚處于截止條狀態(tài)?？梢姏]，沸PN刻結(jié)疾具有單向雖導電棉性。在P方N結(jié)鼠上加良上引嬸線和斯封裝繭，就許成為渣一個陪二極澤管。二極膊管按猴結(jié)構(gòu)咬分有點接粘觸型烤、面遼接觸正型和癢平面勁型5.熱1.逃2半導公體二刑極管廳的基振本結(jié)崇構(gòu)1仙點腎接觸迫型二貢極管(a)點接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN蓄結(jié)面運積小合，結(jié)軍電容嫂小，垮用于怖檢波賀和變協(xié)頻等嶄高頻秀電路卷。3腫平目面型順二極史管往往貢用于形集成歲電路盆制造智工藝沖中?；N倡結(jié)音面積傘可大領(lǐng)可小已，用揀于高賞頻整歡流和咽開關(guān)冒電路伯中。2撤面雨接觸房誠型二思極管PN糖結(jié)面套積大壞，用絮于工蜜頻大政電流弱整流滿電路攝。(b)面接觸型(c)平面型4銅二極咐管的稿代表倦符號D5.資1.獎3揭半導膀體二甜極管連的伏憤安特宵性及靠主要宣參數(shù)二極挪管的賊伏安逐特性恭曲線叔可用統(tǒng)下式宜表示硅二極管2CP10的伏安特性正向沸特性反向饒?zhí)匦苑聪蛑険舸┚S特性開啟沉電壓萌：0殲.5事V導通敗電壓體：0來.7一、懼半導糾體二艷極管留的伏悅安特買性鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開啟縮慧電壓貍：0惡.1暑V導通速電壓依：0若.2衡V1.鑄正賤向特懶性外加嶺正向域電壓不時，飄正向傍特性開的起粘始部軋分，匯正向緊電流模幾乎溝為零替。這粗一段貢稱為庸“雹死區(qū)毀”。窯對應(yīng)誦于二棍極管肺開始驢導通佩時的憤外加掀電壓潔稱為漂“巴死區(qū)票電壓源”。這鍺管奏約為若0.象2V齡,館硅管航約0梢.5來V。2.惕反俊向特電性外加嬸反向扇電壓均不超辯過一境定范灰圍時顯通過詞二極捆管的逆電流英是少袖數(shù)載境流子得漂移筆運動戒所形填成的策很小債的反你向電割流，嗽稱為反向杯飽和鑄電流或漏電舌流。該腐電流勻受溫黃度影鮮響很壁大。3.檢擊諷穿特探性外加閘反向禍電壓腿超過意某一帶數(shù)值求時，刷反向并電流羊會突逆然增裝大，疏這種飲現(xiàn)象捕稱為惱擊穿餡（擊掛穿時憤，二弦極管秋失去尾單向困導電欄性）住。單對應(yīng)嶼的電導壓稱允為擊穿嶺電壓。1.理想模型2.折線模型3.斜線模型二、夜半導寬體二偶極管速的電勢路模曠型(1通)不最大悅整流另電流IOM(2端)浸反向旁工作忍峰值納電壓UDM害R(3或)反向磚電流IR(4亭)垃最高親工作士頻率fM三、客半導田體二綁極管奪的主旦要參巧數(shù)二極住管長暑時間澡安全方工作留所允魚許流先過的痕最大鋸正向齊平均魄電流顆。由還PN倦結(jié)結(jié)殺面積洗和散防熱條蒜件決插定，尼超過悟此值赴工作嘩可能識導致絡(luò)過熱炸而損器壞。為保累證二紡極管袍不被昂反向泄擊穿事而規(guī)罪定的影最大糾反向怕工作匆電壓堂，一挪般為材反向斤擊穿僅電壓刪的一離半。二極脾管未怕被擊辱穿時角，流畜過二墳極管耐的反榆向電示流。府此值啊越小幻玉，單拴向?qū)С殡娦越B越好蜂。硅疊管優(yōu)功于鍺送管。二極秩管維勻持單麥向?qū)觌娦詣P的最姑高工存作頻永率?？坑捎诿疃O勤管中暢存在宇結(jié)電嗓容，雞當頻閘率很謊高時到，電巷流可女直接伙通過討結(jié)電鄙容，億破壞運二極奧管的竹單向?qū)щ姃煨?。四、盟溫度竹對二她極管塵伏安族特性讀的影假響在環(huán)膀境溫雙度升端高時貞，二標極管嘴的正信向特斧性將對左移繁，反愧向特米性將枕下移侍。二極姜管的妥特性壓對溫怎度很嘗敏感–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加在實寬際應(yīng)含用中熱，應(yīng)襖根據(jù)旺管子夾所用資的場單合，蘭按其欺所承咱受的河最高柳反向筐電壓皇、最池大正為向平盡均電訪流、紅工作溝頻率雙、環(huán)燭境溫井度等膀條件顛，選裕擇滿羽足要的求的韻二極護管。穩(wěn)壓印二極舉管一、換穩(wěn)壓盈管的勇伏安勺特性(a)符號(b)2CW17伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。DZ(1倆)甲穩(wěn)定藝電壓UZ(2駛)松動態(tài)動電阻rZ在規(guī)叉定的單穩(wěn)壓悶管反穴向工棄作電栽流IZ下，魯所對壤應(yīng)的增反向棟工作羞電壓豎。rZ=VZ/IZ(3究)最辯大耗柔散功陳率PZM(4門)最駐大穩(wěn)繡定工廳作電播流IZm涂ax和最饅小穩(wěn)界定工志作電惠流IZm跪in(5襖)溫鍋度系咬數(shù)—彩—VZ二、兼穩(wěn)壓漆管的拋主要媽參數(shù)一、氧發(fā)光攜二極睜管LE維D(Li懼gh炕t門Em兵it董ti仰ng春D音io宗de)1.組符鈴號和醉特性工作折條件智：正向宣偏置一般光工作草電流仍幾十損m爸A，導通菜電壓鉗(犁12)款V符號u/Vi

/mAO2特性5.違1.息5浩其它宮類型撕的二傻極管發(fā)光堵類型偶：可見闊光：紅、壞黃、者綠顯示找類型總：普通謠L旺ED隆，不可武見光棚：紅外嗎光點陣墓L貫ED七段劑L湖ED邊,二、仔光電警二極霉管符號憶和特工性符號特性uiOE=200lxE=400lx工作將原理凱：三、紛變?nèi)荽鸲O坦管四、絕隧道穩(wěn)二極藥管五、粥肖特醉基二艱極管無光站照時蒙，與爹普通內(nèi)二極峽管一走樣。有光俱照時軟，分只布在肺第三在、四仰象限均。對整召流電昂路要德研究換清楚織以下奸問題耕：1.箏電路糞的工爛作原殃理：揚二極兵管工拿作狀倉態(tài)、遣波形款分析2.罩輸出梁電壓女和輸膨出電披流的嶼平均淹值：溪輸出湊為脈挎動的激直流份電壓3.翼整流嚼二極飛管的尸選擇覆：二輔極管叉承受竄的最稠大整女流平臨均電銹流和心最高海反向趨工作葉電壓為分輔析問蒸題簡貝單起應(yīng)見，襯設(shè)二鈔極管臉為理呢想二至極管掘，變瘦壓器貌內(nèi)阻鴉為0盆。整流舒二極道管的燒伏安梢特性嗎：實際仍特性理想畜化特盛性正向功導通騙電壓到為0暫，正祝向電真阻為恐0。5.榴2鬧二極乓管整肚流電徹路一、辱工作朗原理u2的正朋半周疲，D罰導通淹，竹A→根D→RL→B炮，uO=u2。u2的負漢半周色，D連截止勤，承圓受反肥