电子教案-电子技术基础电子教案( 唐程山)-第1章-电子课件

外壳
(阳极) P
N
(阴极)
阳极引线
阴极引线
二极管内部结构示意图和电路符号
（a）内部结构
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从P区接出的引线称为二极管的阳极，从N区接出 的引线称为阴极。二极管的电路符号如图所示，其中 三角箭头表示二极管正向导通时电流的方向。
阳极 a
阴极 k
P
N
二极管内部结构示意图和电路符号 （b）电路符号
UT = 26 mV
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二、二极管的伏安特性
iD /mA
0 U Uth iD = 0
U (BR) IS
反 向
反向特性 O
击
死区
穿
电压
正向特性 Uth uD /V
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
U Uth iD 急剧上升
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V
以硅为例，在纯净的硅晶体中，由于原子之间的距离很近， 原子的价电子不仅受到本原子的原子核作用，而且还受到相邻 原子核的吸引，即一个价电子为相邻的两个原子核所共有。这 样相邻原子之间通过共有价电子的形成而结合起来。
共价键 :
指两个相邻原子各拿出一个价电子作为共有价电子所形成 的束缚作用。因此，每个硅原子都以对称的形式和其相邻的四 个原子通过共价健紧密地联系起来，图所示表示硅原子间的共 价健结构。
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半导体:
导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。 常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硒（Se）和砷化镓（GaAs）及其它金属氧化 物和硫化物等。
半导体之所以引起人们注意并得到广泛
应用，其主要原因是它的导电能力在不同条 件下（如掺杂、光照、受热的等）有很大差 别，据此，可以制成各种半导体器件。
+4 +4 +4 +4
P型半导体结构示意图
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（2）N型半导体 在本征半导体（硅或锗）中掺入微量磷（或其他五
价元素），磷最外层有5个价电子，当其构成共价键时， 将多出一个价电子，多余的一个价电子很容易挣脱磷原 子的束缚而成为自由电子，如图所示。
硅原子
多余电子
于是，在杂质半导体中的自
+4
+4
+4
由电子数目大大增加，自由电子 导电为这种杂质半导体的主要导
在P型半导体中，空穴为多数载流子，而自由电子为 少数载流子。控制掺入杂质的多少，可以控制空穴的数 量。
空穴
空穴
这样，在杂质半导体 中形成大量空穴，空穴导 电为这种杂质半导体的主 要导电方式，故称这种杂 质半导体为空穴型半导体 或P型半导体。
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+4 +4 +4 +4 +4 +34 +43 +4
当U ＞Uth时，开始出 现正向电流，并按指 数规律增长。
硅二极管的死区电压Uth=0.６~0.8V左右， 锗二极管的死区电压Uth=0.１~0.3 V左右。
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2．反向特性
反向区也分两个区域：
当UBR＜U＜0时，反向 电流很小，且基本不随 反向电压的变化而变化， 此时的反向电流也称反 向饱和电流IS 。
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本征激发
+4 空穴 +4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4
+4
本征激发产生的电子空穴对
电子与空穴的移动
由于共价键中出现了空穴，在外电场或其他能源的作用下，相
邻的价电子可以填补到这个空穴上，而在这个电子原来的位置上又 留下新的空穴，新的空穴又会被其相邻的其它价电子填补，如图所 示。
２．最高反向工作电压URM（反向峰值电压）
指二极管在使用时允许外加的最大反向电压，其 值通常取二极管反向击穿电压的一半左右 。
３．反向电流IR
IR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。
４．最高工作频率fM
二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单
中多数载流子的扩散电流通过回路形成正向电流IF。
其方向是从P区到N区。当外加电压增加到一定数值 之后，正向电流将显著增加，PN结对外电路呈现很 小的电阻，此时称为导通。
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（2）外加反向电压时截止 把PN结的N区接电源正极，P区接电源负极，这种
接法称为反向接法或反向偏置(简称反偏)，如图（b）
自由电子
多余电子， 成为自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+5
+5
+4
+4
+4
+4
+4
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根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为两类：
P型半导体和N型半导体。
（1）P型半导体 在本征半导体（硅或锗）中掺入微量硼（或其他三
价元素），硼最外层有3个价电子，当硅晶体构成共价键 时，将因缺少一个电子而形成一个空穴，如图所示。
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2．本征半导体
纯净的、不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半 导体叫做本征半导体。
1)本征半导体的原子结构 常用的半导体材料有硅和锗，它们都是四价元
素，其最外层有四个价电子。硅或锗简化的原子结 构模型如图所示。
sSi
GGee
硅原子
锗原子
硅和锗简化的原子结构模型
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“共价键”结构：
空间电荷区靠近P区一侧的电场。由于 这个电场不是外加的，而是空间电荷区内部电荷
产生的，所以称为内电场。
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2．PN结的单向导电性
当PN结无外加电压时，流过PN结的总电流为零， PN结处于平衡状态。当PN结外加电压时，PN结具有单 向导电性。
（1）外加正向电压时导通
把PN结的P区接电源 正极，N区接电源负极， 这种接法称为正向接法或 正向偏置(简称正偏)，如 图（a）所示。
P
空穴 (多数)
变薄
IR
内电场
外电场
N
电子 (多数)
R
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外加电压时的PN结 （a）正向偏置
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正偏时，外电场与内电场方向相反，因此削弱了内
电场，PN结原有平衡状态被打破，结果有利于多数 载流子的扩散，而不利于少数载流子的漂移。PN结
+4 +4
+4
+4
+4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
硅或锗晶体中共价健结构
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这样，每个原子的每一个价电子除了受自身 原子核的束缚外，还受到共价键的束缚，因此， 每个价电子都处于较为稳定的状态。
但是共价键的电子还不像绝缘体中的价电子 被束缚的那样紧，在获得一定能量（比如光照和 温升）后，即可挣脱束缚成为自由电子。
方向是从N区到P区，由于少数载流子的浓度很低， 所以反向电流很小，一般为μA数量级。反向电流几 乎不随外加反向电压而变化，故又称为反向饱和电
流IS。反偏时，PN结对外电路呈现很大的电阻，此
时称为截止。少数载流子的浓度由温度决定，因此，
PN结反向电流的大小受温度的影响及其明显。
总之：PN结正向电阻小，反向电阻大——单向 导电性。
性。杂质半导体结构示意图如图所示 。
在外电场作用下，杂质半导体的导电能力有了较大的增
强，但是它还没有实用价值。只有将两种杂质半导体做成
PN结之后才能成为半导体器件。
自由电子
N型半导体
++ + + ++ + + ++ + +
电子空穴对
空 穴
P型半导体
电子空穴对
施主离子
受主离子
杂质半导体结构示意图
2020/6/26 （a）P型半导体
硅二极管的反向击穿特性比 较硬、比较陡，反向饱和电 流也很小；锗二极管的反向 击穿特性比较软，过渡比较 圆滑，反向饱和电流较大。
普通二极管不允许反向击穿情况发生，当二极管反向 击穿后，若电流不加限制，会使二极管PN结过热而损坏。
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1.1.5 半导体二极管主要参数
１． 最大整流电流IF 指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。
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1.1.4 半导体二极管的伏安特性
把加到二极管两端的电压uD和流过它的电流iD之间的关 系曲线，称为半导体二极管的伏安特性曲线。
一、PN 结的伏安方程
玻尔兹曼 常数
iD IS (euD /UT 1)
反向饱 和电流
温度的 电压当量
UT
kT q
电子电量
当 T = 300(27C)：
当U≥UBR时，反向 电流急剧增加，UBR称为 反向击穿电压 。
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二极管反向偏置时，有微 小反向电流通过。 这时，二极管呈现很大的 反向电阻，处于截止状态。
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3．反向击穿特性
当外加反向电压增加到一定数值时，反向电流急剧 上升（比如在E点），这种现象称之为反向击穿，发生 击穿时的电压称为反向击穿电压UBR。
所示。
P
变厚
N
电子 (少数)
IR≈0
内电场 外电场