第2章 半导体二极管与其应用B.docVIP

第2章 半导体二极管及其应用 主 要 知 识 点 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 半导体基础知识 　本征半导体，掺杂半导体 ? ? √ 　PN 结的形成 ? √ ? 　PN 结的单向导电性 √ ? ? 　PN 结的电容效应 ? ? √ 　半导体二极管 　二极管的结构及类型 ? ? √ 　二极管的伏安特性及主要参数 √ √ ? 　二极管的应用（整流和限幅） √ ? ? 　硅稳压管的伏安特性、主要参数 √ ? 　硅稳压管稳压电路 ?√ ? 　光电二极管，变容二极管 ? ? √ PN结的形成和特点PN结的PN结的什么是的2.4 主要内容 2.4.1 半导体及其特性 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称为半导体，典型的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）及许多金属氧化物和金属硫化物等。半导体具有以下特性： （1）热敏特性：当半导体受热时，电阻率会发生变化，利用这个特性制成热敏电阻。 （2）光敏特性：当半导体受到光照时，电阻率会发生改变，利用这个特性制成光敏器件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。 （3）杂敏特性：当在纯净的半导体中掺入微量的其它杂质元素(如磷、硼等)时，其导电能力会显著增加，利用这个特性制成半导体器件，如半导体二极管、半导体三极管、场效应管、晶闸管等等。通常将纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。而掺入杂质元素的半导体称为杂质半导体。杂质半导体又分为P型半导体和N型半导体。首先介绍本征半导体。 2..2 本征半导体 本征半导体具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。最常用的半导体材料为硅（Si）和锗（Se）。 半导体共价键在硅或锗的本征半导体中，由于原子排列的整齐和紧密，原来属于某个原子的价电子，可以和相邻原子所共有，形成共价键结构。图2-所示为硅和锗共价键的(平面)示意图。 3．载流子 在绝对零度和未获得外加能量时，半导体不具备导电能力。但由于共价键中的电子为原子核最外层电子，在温度升高或者外界供给能量下最外层电子容易激发成为自由电子，如图2-所示。共价键失去电子后留下的空位称为，。空穴参与导电是半导体导电的特点，也是与导体导电最根本的区别。 2..3 N型半导体和P型半导体 为了提高本征半导体导电能力，增加载流子的数目，在本征半导体中掺微量的其它元素（掺杂），形成杂质半导体。 1．N型半导体 如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的5价元素（如磷），自由电子数目远远大于空穴数目，故这种半导体称为N型电子半导体，简称N型半导体。N型半导体中自由电子为多数载流子（多子），空穴为少数载流子（少子），磷原子称为施主杂质。而且多数载流子决定于掺杂浓度，少数载流子取决于温度。 2．P型半导体 如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的3价硼（B）元素，则形成P型半导体。在P型半导体中，空穴的数量远远大于自由电子数，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，故P型半导体也称为空穴半导体，硼原子也称为受主杂质。 无论是N型半导体还是P型半导体，尽管有一种载流子占多数，但整体上仍然是电中性的。 2..4 PN结及其单向导电性 1. PN结的形成 利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边掺杂成N型半导体，一边形成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个空间电荷区，即PN结。由于PN结的特殊性质，使得它成为制成各种半导体器件的基础。PN结形成的示意图如图2-所示由于两边载流子浓度的差异，P型半导体中的“多子”空穴向N型区扩散，而N半导体中的“多子”自由电子向P型区扩散。在“多子”扩散到交界面附近时，自由电子和空穴相复合，在交界面附近只留下不能移动的带正负电的离子，形成一空间电荷区内电场，使P区的“少子”N区的“少子”空穴漂移扩散运动漂移运动达到动态平衡时，PN结就形成了。 PN结的单向导电性 1PN结外加正向电压 如图2-所示电路图，P区接电源的正极、N区接电源的负极，形成较大的扩散电流，其方向是由P区流向N区，该电流称为正向电流。在一定范围内，随着外加电压的增大正向电流也增大，称之为PN结的正向导通，此时PN结呈低电阻状态。 2．PN结外加反向电压 PN结外加反向电压，即P区接电源的负极、N区接电源的正极，如图2-所示。此时即在外电场的作用下，P区的自由电子向N区运动，N区的空穴向P区运动，形成反向电流，其方向是由N区流向P区。由于少数载流子是由于价电子获得能量挣脱共价键的束缚而产生的，数量很少，故形成的电流也很小，，此时PN反向截止，呈现高阻状态。 总之，当PN结加正向电压时导通，呈低阻态，有较大的正向电流流过；当PN结加反向电压时