PN结的形成与单向导电性 及开关特性解析 ppt课件

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半导体PN结_图文

半导体PN结_图文
n=5×1016/cm3 3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
21
1.1.3 半导体载流子的运动
漂移运动:两种载流子(电子和空穴)在
电场的作用下产生的定向运动。
两种载流子运动产生的电流方向一致。
空穴
电流I
. 。 。 。
.

电子
电场作用下的漂移运动
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半 导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子 因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供;空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。
按电容的定义:
即电压变化将引起电荷变化, 从而反映出电容效应。 而PN结两端加上电压, PN结内就有电荷的变
化, 说明PN结具有电容效应。 PN结具有的电容效应,由两方面的因素决定。 一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
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1) 势垒电容CT
势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。 空间电荷区是由不能移动的正负杂质离子所形成的,均 具有一定的电荷量, 所以在PN结储存了一定的电荷, 当外 加电压使阻挡层变宽时, 电荷量增加;反之, 外加电压使阻 挡层变窄时, 电荷量减少。 即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变, 形成了电容效 应, 称为势垒电容,用 CT表示。
如果外加电压使PN结中: P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压, 简称正偏; P区的电位低于N区的电位,称为加反向电压, 简称反偏。
30
在一定的温度条件下 ,由本征激发决定的少子 浓度是一定的,故少子形 成的漂移电流是恒定的, 基本上与所加反向电压的 大小无关,这个电流也称 为反向饱和电流。

PN结——电容特性优秀课件

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的电子电流一定;半导体流向金

属的电子电流因电位增加而降低,
故有半导体→金属反向电流(恒
定)。
金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性
I
正向特性
VD
反向特性
肖特基二极管
利用金属—半导体整流接触特性制成的二极管称 为肖特基二极管。
肖特基二极管与pn二极管的比较
相同:单向导电性 不同:
1 反向电流产生机制不同: ➢肖特基二极管为多数载流子工作 ➢pn接面二极管为少数载流子工作 ➢结果:肖特基二极管的饱和电流要 大得多,起始电流也较大。
P
△U变化时,P区 积累的非平衡少 子浓度分布图
3 1
2
电子浓度
1 ΔU=0
2 ΔU<0
x 3 ΔU>0
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. ..
.
.
P
PN结正向偏置电压越高,积累的非平衡少子越多。
这种电容效应用扩散电容CD表征。
CD Q U
PN结正偏时,由N区扩 散到P区的电子(非平衡少 子),堆积在 P 区内紧靠 PN结的附近,到远离交界 面处,形成一定的浓度梯 度分布曲线。电压增大, 正向(扩散)电流增大。
扩散电容示意图
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. . .
..
C1 L
Байду номын сангаасDC
R
+ UD –

PN结单向导电及应用ppt

PN结单向导电及应用ppt
Liquid Crystal Display),即液晶电视的一种,它与传统液 晶电视的不同主要在于采用了不同的背光 源,从而带来性能上的诸多不同。
• LED电视严格的名称是“LED背光源液晶电 视”,是指以LED做为背光源的液晶电视. • LED光源替代了传统的荧光灯管,画面更优 质,理论寿命更长,制作工艺更环保,并 且能使液晶显示面板更薄。
PN结单向导电性的探讨及应用
学院:物理电子科学学院 专业:电子信息科学与技术 班级:一班
姓名:方烽凡 曾周 李佛 王平 孙景明
1.PN结正向偏置
P区 N区 P区 PN结 N区
正向偏置下:P区的空穴沿着电场的方向运动,而N区电 逆着电场方向,在结区处产生复合,使得PN结变得窄了, 此时PN结表现为一个很小的电阻,PN导通。
2.PN结反向偏置
P区 N区 P区 PN结 N区
反向偏置下:P区的空穴逆着电场的方向运动,而N区电 子沿着电场方向,空穴和电子进一步离开PN结,使得PN 结变得宽了,此时PN结表现为个很大的电阻,PN截止。
3.发光二极管
• 发光二极管简称为LED。 当电子与空穴复合时 能辐射出可见光,光 线的波长、颜色跟其 所采用的半导体材料 种类与掺入的元素杂 质有关,具有效率高、 寿命长、不易破损 等 优点。

PN结的形成及特性-推荐精选PPT

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2.2 PN结的形成及特性
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的反向击穿 PN结的电容效应
在对一于块P本型征半半导导体体和在N两型侧半通导过体扩结散合不面同,的离杂
质子,分薄别层形形成成N的型空半间导电体荷和区P型称半为导PN体结。。此时将在 N型半导在体空和间P电型荷半区导,体由的于结缺合少面多上子形,成所如以下也物 理称过耗程尽: 层。
0
0.5
1.0 DD/V
PN结的伏安特性
PN结加反向电压时的导电情况
PN结加正向电压时,呈现低电阻, 具有较大的正向扩散电流;
PN结加反向电压时,呈现高电阻, 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论:PN结具有单 向导电性。
PN结的单向导电性
(3) PN结V- I 特性表达式
iDIS(evD/V T1)
因浓度差
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为 加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。 (1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/m A 1.0
0.5
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
PN结的伏安特性
PN结加正向电压时的导电情况
在一P定N的结温的度单条件向下导,电由本性征激发决定的
少子浓度是一定的,故少子形成的漂移电流是 恒当定外的加,电基压本使上PN与结所中加P区反的向电电位压高的于大N小区无的关电,位,称为 加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。 因且浓在度 常 (2差温)下(PTN=3这0结0K)个加电反流向也电称压为时反向饱和电流。

PN结的形成及特性.ppt

PN结的形成及特性.ppt

与硅原子相撞时,使价电子脱离共价键的束缚, iD
产生新的电子空穴对,新的电子空穴对又产生
碰撞,又产生新的电子空穴对,这种连锁反应
使载流子数目增加,从而电流增加。 V(BR)
击穿电压>6V
vD
齐纳击穿(Zener译音),又称隧道击穿:杂
质浓度很高时,PN结的阻挡层很薄,虽然反 向电压只有几伏,但电场强度确很大,强电 场可把共价键中的电子拉出,新产生的电子 空穴使PN结反向电流激增。击穿电压<6V
3、P 区中的电子和 N区中的空穴(都是少 子),数量有限,因此由它们形成的电流 很小。
二、 PN结的单向导电性
PN 结加上正向电压、正向偏置的意思是: P 区接 电源正端、N 区接电源的负端。
PN 结加上反向电压、反向偏置的意思是: P接电 源的负端、N 区接电源正端。
1.PN 结正向偏置 P区接“+”,N区接“-”
指数函数
iD IS (evD /VT 1)
其中Is为反向饱和电流, VT=kT/q,称为热电压,为k为 玻耳兹曼常数,T为热力学温 度,q为电子的电量,常温下, T=300K时,vT=26mv
i/mA
Hale Waihona Puke 3020Is10
20 10 0
2 0.5 1.0 1.5 v/V 4
-i/ uA
4. PN结的击穿特性
5、PN结的电容特性
势垒电容:因电荷存储在势垒区得名。 Q
Q
CB
Q V
dQ dV
V
,CB
CB0 (1 VD
)m
V
V0
势垒电容 :PN结耗尽层中缺乏载流子,电阻率 V 高,相当于一绝缘介质,它的两侧为P区和N区, 其导电率较高,相当于电容器的金属板,耗尽层 中存在的不能移动的正负离子相当于存储的电荷, 当外加电压改变时,电荷量也改变,即外加反向 电压时,电荷量增加;外加正向电压时,电荷量 减少,这些现象跟电容的作用类似。因电荷存储 在势垒区而得名。

PN结的形成及特性PPT课件

PN结的形成及特性PPT课件

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少子(自由电子)
P
N
少子(空穴)
N区有许多自由电子(多数载流子)和几个由于热产生的空穴 (少数载流子),而P区有许多空穴(多数载流子)和几个由于热产生 的自由电子(少数电子)。PN结构成了基本的二极管。二极管是只允 许电流往一个方向流动的元件。
P
N
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P 型半导体
N 型半导体
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少子(自由电子)
P
N
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PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)讲解

PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)讲解

PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)讲解PN结的形成如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素,使一边为P型,另一边为N型,则在两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层,称为PN结。

PN结是构成二极管、三极管及可控硅等许多半导体器件的基础。

PN结载流子的扩散运动如右图所示是一块两边掺入不同元素的半导体。

由于P型区和N 型区两边的载流子性质及浓度均不相同,P型区的空穴浓度大,而N 型区的电子浓度大,于是在交界面处产生了扩散运动。

P型区的空穴向N型区扩散,因失去空穴而带负电;而N型区的电子向P型区扩散,因失去电子而带正电,这样在P区和N区的交界处形成了一个电场(称为内电场)。

PN结内电场的建立PN结内电场的方向由N区指向P区,如右图所示。

在内电场的作用下,电子将从P区向N区作漂移运动,空穴则从N区向P区作漂移运动。

经过一段时间后,扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状态,在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结,也叫阻挡层,势垒。

PN结的工作原理如果将PN结加正向电压,即P区接正极,N区接负极,如右图所示。

由于外加电压的电场方向和PN结内电场方向相反。

在外电场的作用下,内电场将会被削弱,使得阻挡层变窄,扩散运动因此增强。

这样多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结,形成较大的扩散电流,称为正向电流。

由此可见PN结正向导电时,其电阻是很小的。

加反向电压时PN 结变宽,反向电流很小如果PN结加反向电压,如右图所示,此时,由于外加电场的方向与内电场一致,增强了内电场,多数载流子扩散运动减弱,没有正向电流通过PN结,只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。

由于少数载流子为数很少,故反向电流是很微弱的。

因此,PN结在反向电压下,其电阻是很大的。

由以上分析可以得知:PN结通过正向电压时可以导电,常称为导通;而加反向电压时不导电,常称为截止。

这说明:PN结具有单向导电性。

PN结及单向导电性PPT课件

PN结及单向导电性PPT课件
动越强,而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
------ + + + + + + ------ + + + + + + ------ + + + + + + 动画 - - - - - - + + + + + +
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动
扩散的结果使 空间电荷区变宽。
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磷原子
在N 型半导体中自由电子
是多数载流子,空穴是少数
载流子。
最新课件
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1.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量
增加,空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式,称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子,自由电子是少数 载流子。
最新课件 第六章 分立元器件基本电路
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本征半导体的结构特点
现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗, 它们的最外层电子(价电子)都是四个。
Ge
Si
最新课件 第六章 分立元器件基本电路
4
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
(a. 电子电流、b.空穴电流)
最新课件
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1.1.3 PN结的形成
载流子的两种运动——扩散运动和漂移运动 扩散运动:电中性的半导体中,载流子从浓
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2.反向偏置时,I0,VR0,相当于开关断开。
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10.2.1 二极管的开关特性
二、二极管的开关时间
1.反向恢复时间tre:
二极管反偏时,从原来稳定的导通状态转换为稳定的截止
状态所需的时间。
例如2CK系列硅二极管tre5ns; 2AK系列锗二极管 tre150ns
2.正向开通时间ton: 二极管正偏时,从原来稳定的截止状态转换为稳定的导通
状态所需的时间。
实验证明二极管正向开通时间远小于反向恢复时间,
通常因为它对二极管开关速度的影响很小,可以忽略不计。
所以,二极管的开关速度主要由反向恢复时间决定。
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10.2.2 三极管的开关特性 一、三极管开关作用
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=>1.2 半导体二极管
1.2.1 PN结及其单向导电性
1. PN结中载流子的运动(PN结的形成)
在P型半导体和N 型半导体的交界面两侧, 由于电子和空穴的浓度 相差悬殊,N区的多数 载流子电子向P区扩散, P区的多数载流子空穴 也向N区扩散。
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电子和空穴扩散运动的结果,在交界面 两侧形成一个由不能移动的正、负离子组 成的空间电荷区,这就是PN结。
截止
iB ≈ 0 发射结和集电结
均为反偏
放大
0

iB

I CS
发射结正偏 集电结反偏
饱和
iB

I CS
发射结和集电结均正偏
集电极电流




管压降
iC≈0 VCEO≈VG
iC≈ iB VCEO = VG iCRc
且不随iB增加而增加
VCES≈0.3V(硅管) VCES≈0.1V(锗管)
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2. PN结的单向导电性
(1) PN结外加正向电压
电源的正极接P区, 电源的负极接N 区,称为正向偏 置(简称正偏)
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正向接法时,外电场的方向与PN结中内电场 的方向相反,削弱了内电场,空间电荷区的宽度 变窄,有利于多数载流子的扩散运动,形成一个 较大的正向电流。
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(2)关闭时间toff ——从三极管输入关闭信号瞬间开始至
。 iC降低到0.1ICS所需的时间
2.减少三极管开关时间的办法:接加速电容。
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10.2.3 加速电容的作 用
2.原理
(1)vI 正跳变瞬间,CS视作短路,可提供 一个很大的正向基极电流iB,使V迅速进 入饱和状态。随着CS的充电,iB逐渐减 小 并 趋 于 稳 定 ( 由 vI 、 -vGB 、 及 R1 、 R2 决定),此时CS相当于开路。
动画 三极管开关作用
结论:三极管相当于一个由基极电流控制的无触点开关。 截止时,相当于开关“断开”;等效电路: 饱和时,相当于开关“闭合”。等效电路:
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10.2.2 三极管的开关特性
二、饱和状态的估算
定义: IBS基极临界饱和电流;
ICS 集电极饱和电流,ICS IBS;
VCES 集射极饱和管压降。
由电路得:
I CS
VG
VCES RC
VG RC
则 IBSICS/
若IBIBS , 饱和;若0IBIBS ,放大;若IB0 ,截止。
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10.2.2 三极管的开关特性 三、三极管三种工作状态特点
工作状态 条件 偏置情况
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2、PN结外加反向电压
电源的正极接N区,负极接P区,称为反向偏 置(简称反偏)
ppt课件Leabharlann 7ppt课件8
反向接法时,外电场与内电场的方向一
致,增强内电场的作用,空间电荷区的宽度
变宽,不利于多子的扩散运动。在回路中形
成一个由少数载流子漂移运动产生的反向电
流,反向电流的数值非常小,称为反向饱和
电流。
1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某种 特定的杂质,成为杂质半 导体。
1、N型半导体
如果在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元 素,则形成N型半导体。
(其中的5价杂质原子称为施主原子)
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2.P型半导体
如果在硅或锗的晶体 中掺入少量的3价杂质 元素,则形成P型半导 体
(其中的3价杂质原子称为受主原子)
c、e间等 效电阻
很大,约为数百 千欧,相当于开
关断开
可变
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很小,约为数百欧姆,相 当于开关闭合
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10.2.2 三极管的开关特性
四、三极管开关时间 1.开关时间:三极管在截止状态和
饱和状态之间转换所需的时间。 包括: (1)开通时间ton ——从三极管输 入 开 通 信 号 瞬 间 开 始 至 iC 上 升 到 0.9ICS所需的时间。
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结论:当PN结处于正向偏置时,回路中 将产生一个较大的正向电流,PN结处于导 通状态;当PN结反向偏置时,回路中的反 向电流非常小,几乎等于零,PN结处于截 止状态。这就是PN结的单向导电性。
PN结具有单向导电性:正向偏置时, PN结导通;反向偏置时, PN结截止。
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10.2 晶体管开关特性
(2)vI负跳变瞬间,vI 与发射极e相连, vCS反向加至发射结,由于CS的放 电作用,形成很大的反向基极电流,使V迅速截止。
可见,由于CS的存在,加快了晶体管的开关速度。
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10.2.1 二极管的开关特性 10.2.2 三极管的开关特性 10.2.3 加速电容的作用
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10.2 晶体管开关特性
在脉冲电路中,二极管和三极管通常作为“开关”使用。 10.2.1 二极管的开关特性 一、二极管的开关作用
1.正向偏置时,
I 0,VR VI V,相D 当 V于I 开关闭合。
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