半导体材料及二极管(12)
12二极管的特性及主要参数
1 .2 二极管的特性及主要参数教学要求了解二极管的结构；掌握二极管的伏安特性；熟悉二极管的主要参数。
一、半导体二极管的结构和类型构成：PN 结+ 引线+ 管壳= 二极管(Diode)符号：阳极（正极）阴极（负极）分类：1.根据材料硅二极管、锗二极管2.根据结构点接触型、面接触型、平面型二极管的结构和符号（a）结构示意图（b）电路符号（c）点接触型（d）面接触型（e）平面型二极管常见外型图：二、二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。
二极管电流ID 随外加于二极管两端的电压uD的变化规律，称为二极管的伏安特性曲线。
1.PN 结的伏安方程曼常数，q为电子电量，当T = 300(27 C)时，UT= 26 mV。
2.二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。
当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门坎，因此将电压Uth 称为门槛电压(又称死区电压)。
在室温下硅管Uth≈0.5V，锗管Uth≈0.1V。
当外加正向电压大于Uth后，PN结的内电场大为削弱，二极管的电流随外加电压增加而显著增大，电流与外加电压呈指数关系，实际电路中二极管导通时的正向压降硅管约为0.6～0.8V，锗管约为0.1～0.3V，因此工程上定义这一电压为导通电压，用UD(ｏn)表示，认为u D＞ＵD(ｏn)时，二极管导通，i D有明显的数值，而u D＜U D(ｏn)时，i D很小，二极管截止，工程上，一般取硅管UD(ｏn)=0.7V，锗管UD(ｏn)=0.2V。
二极管电流i D随外加于二极管两端的电压u D的作用而变化的规律，称为二极管的伏安特性曲线。
二极管两端加上反向电压时，反向饱和电流IS 很小（室温下，小功率硅管的反向饱和电流IS小于0.1μA，锗管为几十微安。
）.当加于二极管两端的反向电压增大到U(BR) 时，二极管的PN结被击穿，此时反向电流随反向电压的增大而急剧增大，U(BR) 称为反向击穿电压。
半导体二极管工作原理
半导体二极管工作原理
半导体二极管是一种基本的电子器件，其工作原理基于真空二极管的热阴极和阳极间的电子流动现象。
半导体二极管由P
型和N型半导体材料构成，形成一个PN结。
在PN结中，由于P型半导体内含有多余的空穴（正电荷载体），而N型半导体内含有多余的自由电子（负电荷载体）。
当N型半导体接触到P型半导体时，多余的自由电子和空穴
会进行扩散。
由于自由电子迁移到P区，形成负离子，而空
穴迁移到N区，形成正离子。
这就导致PN结的两侧形成了一个带有固定电荷的区域，称为耗尽层。
当外加一个电压到二极管时，如果正电压加在P区，而负电
压加在N区，这就称为正向偏置。
在正向偏置下，正电压将
加速电子和空穴的运动。
自由电子将迁移到P区，而空穴将
迁移到N区，这样当电流通过二极管时，电子就会在PN结处再次重组，产生电子空穴对，并且继续流动到外部电路。
因此，二极管在正向偏置下成为导电状态，也被称为ON（导通）状态。
相反地，如果负电压加在P区，而正电压加在N区，这称为
反向偏置。
在反向偏置下，负电压阻止了电子和空穴的运动，这使得电流无法通过PN结。
因此，二极管在反向偏置下处于
非导电状态，也被称为OFF（截止）状态。
总之，半导体二极管的工作原理基于PN结的形成和正反向偏
置下电子和空穴的运动。
这使得二极管可以用作整流、变压、开关和放大等许多电子电路中的基本组件。
半导体材料及二极管
06
未来发展趋势与挑战
新型半导体材料探索
碳纳米管
具有优异的电学和热学性能，可 用于制造高性能、低功耗的半导
体器件。
二维材料
如石墨烯、二硫化钼等，具有独 特的电子结构和物理性质，为半 导体材料研究提供了新的方向。
有机半导体
具有柔性、低成本等优点，可用 于制造柔性电子器件和生物电子
分子束外延（MBE法）
在超高真空条件下，将各种所需组分的分子束或原子束精确地喷射到加热的基片上，与基 片发生反应，生成化合物半导体材料。
氢化物气相外延（HVPE法）
利用氢化物作为源材料，在高温下发生化学反应，生成化合物半导体材料并外延生长在基 底上。
04
二极管制造工艺与封装技术
芯片制造工艺流程
氧化层生长
器件。
高性能二极管创新方向
肖特基二极管
具有低噪声、高速度等优点，可用于高频、微波 等领域。
PIN二极管
具有高耐压、大电流等特点，可用于电力电子、 汽车电子等领域。
隧道二极管
具有负阻特性，可用于振荡器、放大器等电路。
面临挑战及解决策略
材料制备挑战
新型半导体材料的制备技术尚不成熟，需要加大研发力度，提高 材料质量和稳定性。
利用二极管的伏安特性，可实现对微 弱信号的检测，如光信号、温度信号 等，广泛应用于传感器电路中。
信号放大
通过合理的电路设计，二极管可用于 实现信号的放大功能，如共射放大电 路、共基放大电路等。
光电转换器件设计
光电二极管
利用光电效应，将光信号转换为电信号，广泛应用于光通信、光电检测等领域。
发光二极管
基本结构
丝印12 的二极管 -回复
丝印12 的二极管-回复[丝印12 的二极管]是什么？丝印12的二极管是一个电子元件，用于控制电流流动方向的装置。
它是一种半导体材料制成的，通常由硅(Si)或锗(Ge)等材料构成。
二极管有两个引脚，一个是阳极(或称为正极或P极)，另一个是阴极(或称为负极或N极)。
通过控制二极管的正向或反向电压，可以实现电流在不同的方向上的流动。
二极管的原理和构造如何？二极管的原理基于PN结的特性。
PN结是由一个P型半导体和一个N型半导体组成的。
P型半导体的特点是具有空穴（正电荷载体），而N 型半导体的特点是具有自由电子（负电荷载体）。
当将P型半导体和N型半导体连接在一起时，形成了一个PN结，其中P型区域为正极，N型区域为负极。
当二极管处于正向偏置时，即正极连接到P型区域，负极连接到N型区域，电流可以流过二极管。
这是因为在P型区域中，由于空穴的过剩，形成了电子的缺乏。
同时，在N型区域中，由于自由电子的过剩，形成了空穴的缺乏。
因此，在PN结的交界处会有一个电子流动的通道，电流可以顺利通过。
然而，当二极管处于反向偏置时，即正极连接到N型区域，负极连接到P型区域时，电流无法通过二极管。
这是因为在P型区域中，电子的过剩会吸引N型区域的自由电子，形成电子云，在PN结的交界处形成电势垒。
这个电势垒会阻碍电流的流动，使得反向电流非常微弱或几乎没有。
丝印12的二极管的特性和用途是什么？丝印12的二极管是一种常见的标准二极管。
其特性是反向击穿电压较高，正向导通电流较大。
这使得丝印12二极管在电子电路中有广泛的应用。
以下是一些可能的用途：1. 整流器：二极管可以将交流电转换为直流电。
丝印12的二极管可用于整流电路中，将交流电信号转换为直流电。
2. 保护电路：由于二极管具有阻止电流流向反向方向的特性，可以用于保护电路，防止电压过高或过低对电子器件的损坏。
3. 光电器件：丝印12的二极管在一定的条件下可以实现光电转换。
当光照射到二极管上时，可以产生电流信号。
半导体二极管及其基本应用电路(12)
2021/3/6
3
1.1 半导体二极管
1）本征半导体中的两种载流子——电子和空穴
在室温下，本征半导体中少数价电子因受热而获得能量 ，摆脱原子核的束缚，从共价键中挣脱出来，成为自由电 子。与此同时，失去价电子的硅或锗原子在该共价键上留 下了一个空位，这个空位称为空穴。由于本征硅或锗每产 生一个自由电子必然会有一个空穴出现，即电子与空穴成 对出现，称为电子空穴对。
• 1.4.5 激光二极管
• 激光是英文Laser的意译，音译为“镭射”。激光是 由激光器产生的。激光器有固体激光器、气体激光 器、半导体激光器等。半导体激光器是所有激光器 中效率最高、体积最小的一种，而比较成熟且实用 的半导体激光器是砷化镓激光器，即激光二极管。
2021/3/6
27
• 图1-3-10为倍压整流电路，该电路是用n个整流二极管和n 个电容组成n倍压整流电路。从图1-3-10中a、c两端取出电 压为nU2 ，其中n为偶数；而从b、d两端取出电压为nU2 ， 其中n为奇数。可以根据需要选择输出电压。在电路中，除 了电容C1承受电压为U2外，其他电容上承受的电压均为 2U2，每个整流管的反向电压为2U2。该电路虽可得到较高 的直流输出电压，但它的输出特性很差，所以只适用于负 载电流很小，且负载基本上不变的场合。
• 二极管的主要特性是单向导电。二极管的特性可用伏安特性曲线来描 述。
• 1．二极管的伏安特性曲线 • 二极管的种类虽然很多，但它们都具有相似的伏安特性。所谓二极管
伏安特性曲线就是流过二极管的电流Ｉ与加在二极管两端电压U之间的
关系曲线。图1-1-13 所示为硅和锗二极管伏安特性曲线，
2021/3/6
第 1章
半导体二极管及其基本应用电路
半导体分立元件--二极管
半导体分立元件半导体二极管半导体二极管是用半导体材料（主要是硅或锗的单晶）而制成，故又称为晶体二极管（俗称二极管）。
二极管的主要电性能是“单向导电性”，是一种有极性的二端元件（一种典型的非线性元件）。
二极管在电路中主要用作整流、限幅箱位、检波等，在数字电路中用作开关器件。
基本知识1、二极管。
自然界的物质按其导电能力的大小分为导体、半导体、绝缘体。
导体具有良好的导电性能，其电阻率一般小于10-6Ω·m，如铜和银；绝缘体导电能力很差或不导电，其电阻率往往在108Ω·m以上，如橡胶、陶瓷等；而半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间，如纯净的硅在常温下的电阻率为2×103Ω·m。
半导体材料（如硅和锗）都是4价元素，其最外层的4个价电子与其相邻的原子核组成“共介键”结构，所以在温度极低时（如绝对零度时）半导体不导电，在常温下，纯净的半导体的导电能力也很弱。
2、半导体的主要特点。
半导体与导体和绝缘体相比有两个显著特点：一是其“热敏性”与“光敏性”。
例如当环境温度每升高8℃时，纯净硅的电阻率会降低一半左右（即导电能力提高一倍），且光线的照射也会明显地影响半导体的导电性能，人们利用半导体的这一性能，就可以制成各种热敏元件（如热敏电阻）、光敏元件（如光敏电阻、光电管）等；其二是半导体的“掺杂性”。
指在纯净的半导体内掺入微量的杂质，半导体的导电能力就急剧增强。
例如在单晶硅中掺入百分之一的某种杂质，其导电能力将增加一百万倍。
人们正是利用半导体的这一独特性质。
做成“杂质半导体”，从而制造出各种不同性质、不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路等。
3、杂质半导体。
（1）N型半导体（电子型半导体）。
在纯净的半导体中掺入5价元素就得到N型半导体。
5价杂质其最外层的5个价电子除与半导体组成共价键外就多余一个电子（自由电子）。
所以N型半导体中自由电子为“多子”，空穴为“少子”。
半导体二极管
半导体二极管引言半导体二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电路中。
作为一种离子流控制器，二极管在电子学中扮演着重要角色。
本文将介绍半导体二极管的基本原理、结构和工作方式，以及在电子设备中的应用。
一、半导体二极管的基本原理半导体二极管基于半导体材料的特性而工作。
半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有在不同条件下改变电阻性质的能力。
当特定电压施加到二极管的两个端口时，会产生特定的电流流动。
这是因为半导体材料具有能够控制电子流动的能力。
二、半导体二极管的结构半导体二极管通常由一个PN结构构成。
PN结是由一段N型半导体和一段P型半导体相接而成的。
N型半导体含有过量的自由电子，而P型半导体则含有过量的空穴。
当PN结连接时，自由电子和空穴会发生迁移，形成电子流和电流。
二极管还有多种包装形式，如玻璃管、塑料封装和金属封装等。
不同的包装形式适用于不同的应用场合，如航空、军事、汽车、电脑等领域。
三、半导体二极管的工作方式半导体二极管具有单向导电性，也就是电流只能在一个方向上流动。
这是因为PN结在不同电压下会产生不同的电流分布。
当正向偏置电压施加到二极管上时，电流会通过PN结而流动。
这时，电子从N型半导体区域流向P型半导体区域，形成正向电流。
相反，当反向偏置电压施加到二极管上时，PN结会变为势垒状态，电流不会流动。
四、半导体二极管的应用半导体二极管在电子设备中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景。
1. 整流器：二极管常用于整流电路中，将交流电转化为直流电。
在电子设备中，直流电是许多电路和元件所需的。
2. 信号检测：半导体二极管可以用于信号检测和解调。
通过将信号输入到二极管中，可以检测和过滤特定频率的信号。
3. 功率放大器：二极管可以作为功率放大器的基础元件。
通过控制输入信号和电流的关系，可以实现放大和调节电流的功能。
4. 光电二极管：光电二极管是一种特殊的二极管，能够将光能转化为电能。
这种二极管常用于光电传感器和光通信等领域。
半导体和二极管
半导体和二极管
半导体和二极管是电子学中的两个重要概念。
半导体是一种材料，其电子特性和导电性介于导体和绝缘体之间。
而二极管则是一种由半导体材料制成的电子器件，其最基本的特点是具有单向导电性。
半导体材料通常是元素周期表中的IV族、V族和VI族元素（如硅、锗、硒、磷、锑等），这些材料通常是固体，并且导电性能介于导体和绝缘体之间。
半导体的导电性可以被人为地调制，这是通过添加杂质（称为掺杂）或者通过外部电压来实现的。
二极管是一种由半导体材料制成的电子器件，其主要组成部分是阴极和阳极。
在二极管的两极之间加上正向电压时（即阳极接正、阴极接负），二极管导通，电流可以通过它。
而当加反向电压时（即阳极接负、阴极接正），二极管截止，电流无法通过。
因此，二极管可以被视为一种单向的电流控制元件。
二极管的种类有很多，包括硅二极管、锗二极管、肖特基二极管、光二极管等等。
它们在电路中的作用主要是整流、检波、限幅和钳位等。
例如，硅整流器就是一种利用硅二极管实现整流的装置，它可以将交流电转换为直流电。
此外，二极管还可以用于电源的稳压，以及各种电路的保护等。
总的来说，半导体和二极管是电子学中的重要组成部分，它们在电路设计、电力应用和通信技术等领域都有着广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2021/3/7
9
3.PN结的伏安特性
v
i IS (eVT 1)
（1.13）
v—正偏电压,为负值时即反偏。 i—从阳极经过PN结流向阴极的电流，与v为关联参考方向。
v
当v VT时，i ISeVT 当v 0，且|v | VT时，i IS
（1.14） （1.15）
PN结具有单向导电性
2021/3/7
10
拓展训练：
1.PN结是谁发明或发现的？你是通过什么途径知 道的？
2021/3/7
11
2021/3/7
3
2.PN结的特点
空间电荷层是非中性区 耗尽层 阻挡层 势垒层
2021/3/7
4
1.2.2 PN结的单向导电特性
偏置：PN结两端外接直流电压称为偏置
正向偏置 反向偏置
2021/3/7
5
么么么么方面
Sds绝对是假的
1.正向偏置的PN结
若PN结外加直流电压使P区电位高于N区电位，称PN结加正向 电压或正向偏置（简称正偏）。 PN结正偏时空间层和势垒的变化及正向电流方向如图 :
第一章 半导体材料及二极管
2021/3/7
1
1.2 PN结
问题：将P型半导体与N型半导体制作在同一硅片 或锗片上，在交界面会出现什么现象成及特点
1.PN结的形成
空间电荷区 内建电场
扩散电流和漂移电流相等，达 到动态平衡，PN结即形成。
图1.7 PN结的形成
图1.9 正偏PN 结的等效电路
2021/3/7 （a）内部结构示意图
（b）实用电路图
7
2.反向偏置的PN结
若外加直流电压使P区电位低于N区电位，称PN结加反向电压 或反向偏置（简称反偏）。
图1.10 反偏PN结的等效电路
（a）内部结构示意图 （b）实用电路图
2021/3/7
8
反偏时PN结仅有很小的反向饱和电流。 PN结具有单向导电特性：正偏导通，反偏截止