art 1 半导体二极管(1)
半导体二极管教学PPT资料
03
半导体二极管的应用
整流电路
总结词
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
详细描述
整流电路主要由二极管构成，当交流电的正半周通过二极管时，电流通过负载；当交流电的负半周通 过二极管时，二极管反向截止，无电流通过负载。通过整流电路，可以将交流电转换为直流电，用于 各种直流供电电路。
检波电路
总结词
利用二极管的单向导电性，将调幅信号从高频载波中分离出 来。
详细描述
检波电路主要由二极管和滤波器组成，当高频载波信号通过 二极管时，由于调幅信号的幅度变化，二极管导通程度随之 变化，从而将调幅信号从高频载波中分离出来。检波电路广 泛应用于广播、电视、通信等领域。
稳压电路
总结词
利用二极管的单向导电性和稳压管的反 向击穿特性，实现输出电压的稳定。
详细描述
正向偏置是指二极管的正极接正电压、负极接负电压，此时二极管处于导通状态 ，电流可以通过PN结。反向偏置是指二极管的正极接负电压、负极接正电压， 此时二极管处于截止状态，电流不能通过PN结。
二极管的外形与封装
总结词
二极管的外形和封装对其使用和可靠性有着重要影响。
详细描述
二极管的外形通常有圆柱形、扁平形和针脚式等，封装方式则有直插式和贴片式等。不同的外形和封装方式适用 于不同的应用场景，如高温、高频、大电流等。在选择二极管时，需要根据具体需求来选择合适的外形和封装方 式。
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目录
• 半导体二极管简介 • 半导体二极管的结构 • 半导体二极管的应用 • 半导体二极管的特性曲线
目录
• 半导体二极管的参数与规格 • 半导体二极管的制作工艺与材料
01
半导体二极管简介
半导体二极管简介
详细描述
在信号调制与解调过程中，二极管用于实现信号的振幅调制、频率调制和相位调制等，以适应不同的通信需求和 传输方式。
03
半导体二极管的发展历程
晶体管的发明
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利 、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了晶 体管，这是电子技术历史上的一个重 大突破。
能效问题
总结词
能效问题是半导体二极管面临的主要挑 战之一，它影响了设备的性能和运行时 间。
VS
详细描述
随着技术的不断进步，对半导体二极管的 能效要求越来越高。由于二极管在转换电 能时存在一定的能量损失，因此提高能效 成为了亟待解决的问题。为了解决这一问 题，科研人员不断探索新的材料和工艺， 以提高二极管的转换效率和稳定性。
04
现代半导体二极管的设计更加注重性能、可靠性和集成度等方面，使 得半导体二极管的应用范围更加广泛。
04
半导体二极管的市场前景
半导体二极管的市场前景
• 半导体二极管是一种电子器件，它只允许电流在一个方向上流 动。由于其独特的单向导电性，二极管在各种电子应用中发挥 着关键作用。
05
半导体二极管的挑战与解决方 案
制造成本问题
总结词
制造成本是影响半导体二极管广泛应用的关键因素之一，降低制造成本有助于提高其市 场竞争力。
详细描述
随着技术的不断进步，半导体二极管的制造成本逐渐降低，但仍面临成本高昂的问题。 为了降低制造成本，科研人员不断探索新的制造工艺和材料，以提高生产效率和降低成 本。此外，政府和企业也加大对半导体二极管产业的扶持力度，推动其向更广泛的应用
可靠性问题
总结词
半导体二极管(中文+英文)
半导体二极管半导体二极管是含有一个PN结的二端器件。
它是最简单的半导体器件。
P型材料一端称为正极，而N型材料一端称为负极。
二极管是只允许电流朝一个方向流动的半导体器件。
它能被用来把交流电转换成直流电。
二极管的两个引线被分为阳极和阴极。
当二极管的正极电位高于负极电位（其差值大于开启电压，对锗管近似为0.3V，对硅管近似为0.7V）时称二极管是正向偏置，这时二极管的内阻是很小的，有一个较大的电流流过二极管，流过电流的大小取决于外部电路的电阻。
当二极管的正极电压高于负极电位时称二极管反向偏置，这时二极管的内部电阻非常高，所以一个理想的二极管可以阻挡反向的电流而让正向的电流通过。
一个二极管的实际特性曲线并不是十分理想的，如图所示。
当理想二极管反向偏置时，电流不能通过，而实际二极管却有约10μA的电流通过（虽然很小，但仍不够理想）。
如果加上足够大的反向电压，PN结就会被击穿，让电流反向通过。
一般要选择二极管的反向击穿电压远大于电路中可能出现的电压，二极管才不会击穿。
齐纳二极管（稳压管）稳压管是一种特殊的二极管，在正偏的条件下，它与一般的二极管有相同的特性（可以流过一个大电流）。
但是，在反向偏置时，在外加电压低于稳压电压（UZ）时它不导通，在外加电压等于稳压电压（UZ）时稳压管反向导通，同时维持稳压管两端的电压为稳压值（如图）。
流过稳压管电流的大小由两个因子决定，一个为串联的（限流）电阻（RS），另一个为并联的负载电阻（RL）。
电阻RS由公式RS=URs/IZ确定，其中URs=Usource-UZ，在没有负载时，一个特定大小的电流（IZ=IRs）流过稳压二极管和RS，电压降URs加UZ等Usource，Usource至少要比UZ高1V。
当一个负载并连到稳压二极管，流过二极管的电流由于负载的分流而减小，所以通过RS的电流保持为常数（IZ=IRs-IRL）。
稳压管通过改变流过它的电流来维持稳压管两端的电压稳定。
半导体激光二极管的工作原理
半导体激光二极管的工作原理好嘞，今天咱们聊聊半导体激光二极管，听起来是不是有点高大上？别担心，其实它就像个科技界的小精灵，虽然名字听起来复杂，但说白了，它就是把电变成光的“魔术师”。
想象一下，你打开电脑，那个亮亮的光点，嘿，就是它在工作！这小家伙的工作原理其实没那么神秘，咱们来一探究竟。
半导体激光二极管，嗯，咱们简称“激光二极管”吧，顾名思义，它是一个用半导体材料做的小盒子。
它的内部有两个区域，一个叫“P型”，另一个叫“N型”。
P型就像个好心的邻居，随时准备分享电子；N型则像个个性十足的朋友，电子在这里跳跃得可欢了。
然后，这两种材料一接触，嘿，就形成了一个叫“结”的地方，聪明吧？在这里，电子和“空穴”（想象成缺少电子的小空位）开始了一场舞蹈，互相碰撞、结合，哇，真是热闹！说到这里，咱们得提提这个“能量”了。
当电子和空穴结合的时候，会释放出能量，以光的形式出现。
就像在迪斯科舞厅里，灯光闪烁，能量满满。
可是，光可不止是亮亮的，它还是单色的，意味着它只有一种颜色。
这也是激光二极管的一个特性，光线不仅亮，还可以精准得像激光笔一样，绝对不含糊。
再说说激光二极管的工作状态。
想象一下，你把电源插上，电流开始流动，激发出那些小电子，开始在P型和N型之间穿梭。
这可不是随便游玩的，电子们可有任务在身，要在“结”的地方跳舞。
只要电流足够，电子就会不断碰撞，产生越来越多的光子，慢慢地，这光子就像雪花一样，越来越多，最后形成了稳定的激光输出。
是不是挺神奇的？这过程中还有个很重要的角色，那就是“增益介质”。
这个增益介质就像是舞台上的聚光灯，能把那些光子聚拢，让激光变得更强、更集中。
在增益介质的帮助下，光子们的能量不断积累，最后形成了那种让人眼花缭乱的激光束。
就像那些疯狂的追星族，越聚越多，最后形成了巨大的光亮。
好啦，咱们再来聊聊激光二极管的应用。
这个小家伙可不止在电脑里混日子，它的身影几乎无处不在。
激光打印机、光纤通信、甚至是医疗设备，激光二极管都有贡献。
半导体二极管基本知识
半导体二极管基本知识1概述二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，半导体二极管是指利用半导体特性的两端电子器件。
最常见的半导体二极管是PN结型二极管和金属半导体接触二极管。
它们的共同特点是伏安特性的不对称性，即电流沿其一个方向呈现良好的导电性，而在相反方向呈现高阻特性。
可用作为整流、检波、稳压、恒流、变容、开关、发光及光电转换等。
利用高掺杂PN结中载流子的隧道效应可制成超高频放大或超高速开关的隧道二极管。
2结构PN结两端各引出一个电极并加上管壳，就形成了半导体二极管。
PN结的P型半导体一端引出的电极称为阳极，PN结的N型半导体一端引出的电极称为阴极。
半导体二极管按结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型。
图1 二极管结构示意图及电路符号2.1点接触型半导体二极管由一根金属丝与半导体表面相接触，经过特殊工艺，在接触点上形成PN结，作出引线，加上管壳封装而成，见图2。
点接触型二极管的PN结面积小，高频性能好，适用于高频检波电路、开关电路。
图2 点接触型二极管示意图2.2面接触型半导体二极管，它的PN结是用合金法工艺制作而成的，见图3。
面接触型二极管的PN结面积大，可通过较大的电流，一般用于低频整流电路中。
图3 面接触型二极管示意图2.3平面型半导体二极管，它的PN结是用扩散法工艺制作的，见图4。
平面型二极管常用硅平面开关管，其PN结面积较大时，适用于大功率整流;其PN结面积较小时，适用于脉冲数字电路中做开关管使用。
图4 平面型二极管示意图2.4台面型半导体二极管，PN结的制作方法虽然与扩散型相同，但是，只保留PN结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉。
其剩余的部分便呈现出台面形，因而得名。
初期生产的台面型，是对半导体材料使用扩散法而制成的。
因此，又把这种台面型称为扩散台面型。
对于这一类型来说，似乎大电流整流用的产品型号很少，而小电流开关用的产品型号却很多。
3主要参数3.1二极管（通用）开启电压V on:使二极管开始导通的临界电压称为开启电压V on。
1.2 半导体二极管
面接触型管子的特点是，PN 结的结面积大，能通过较大电流，但结电容也大，适用于低频较低整流电路。
半导体二极管半导体二极管是由一个PN 结构成的二端元件。
其端钮有确定的命名，即一端叫阳极a ，一端叫阴极k 。
1.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管结构和类型（1）点接触型二极管（2）面接触型二极管（3）平面型二极管点接触型管子的特点是，PN 结的结面积小，因而结电容小，主要用于高频检波和开关电路。
既不能通过较大电流，也不能承受高的反向电压。
平面型管子的特点是，PN 结的结面积大时，能通过较大电流，适用于大功率整流电路；结面积较小时，结电容较小，工作频率较高，适用于开关电路。
1.结构2. 分类普通二极管特殊二极管变容二极管发光二极管光电二极管激光二极管二极管稳压二极管稳压光电转换调谐按材料的不同，常用的二极管有硅管和锗管两种；按其用途二极管分为普通二极管和特殊二极管两大类：整流、滤波、限幅、钳位、检波及开关等。
忽略正向导通压降和电阻，二极管相当短路；二极管反向截止时忽略反向饱和电流，反向电阻无穷大，二极管相当开路路。
I S uiU R 二极管是一种非线性元件，其特性就是PN 结的特性，而电流i D 与两端的电压u D 的关系近似为：1.2.2 二极管的伏安特性普通二极管是应用PN 结的饱和区、死区和导通区的特性制成的二端元件。
电路符号为：（1）伏安关系（2）理想二极管）（1-=T D V u S D e I i I S —反向饱和电流；V T —温度的电压当量，当常温（T=300K ）时，V T =26mV 。
在正常工作范围内，当电源电压远大于二极管正向导通压降时，可将二极管当作理想二极管处理，其伏安特性如图示。
k a D最大整流电流又称为额定正向平均电流，是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。
此值取决于PN 结的面积、材料和散热情况。
1.2.3 二极管的主要电参数1）最大整流电流I F2）最高反向工作电压U R3）最大反向电流I RM I F I RM ui U R 最大反向电流是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。
半导体二极管,发光二极管,稳压二极管的异同
半导体二极管、发光二极管和稳压二极管：特性异同点晓谕半导体二极管、发光二极管和稳压二极管都是由半导体材料制成的电子元器件，具有共性，也具有各自的特性。
本文从三方面对它们进行比较，希望对读者有所帮助。
1. 工作原理半导体二极管是一种具有单向导电特性的二极管，正电压下通电，反电压下不导电。
当二极管上加正向电压，P型材料被注入大量的自由载流子，N型材料被抽取大量自由载流子，电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散，两者在P区和N区的结合区域重新结合，放出多余的能量，使得结合区域内电子浓度和空穴浓度明显增加，导致二极管具有单向导电的特性。
发光二极管是一种特殊的二极管，通过在P区和N区之间引入夹杂的少量杂质（如镓、氮等），形成一个带隙结构，使杂质电子激发到导带中形成自由电子，结合区域是可以辐射出特定颜色的光。
它是一种集发光和导电于一体的器件，可以广泛应用于数字显示、光通信、路灯等领域。
稳压二极管也是一种二极管，主要用于电压稳定器中，是一种依靠Zener效应来维持电压稳定的二极管。
当稳压二极管正向电压（即输入电压）小于谷值电压时，稳压二极管表现为半导体二极管的特性，不导电。
当正向电压大于谷值电压时，稳压二极管进入谷值电流区域，稳压二极管上提供了恒定的电压（即稳压电压），进而起到维持电压稳定的作用。
2. 特点半导体二极管具有单向导电特性，在电路中主要用作整流、开关等。
由于不需要加热就能工作，因此被广泛应用于各种电子设备中。
发光二极管主要特点是具有发光效应，可以吸收电子的能量而发出光。
稳压二极管主要特点是它可以抵御电源电压的变化，在输入电压波动时起到维持稳定电压的作用。
3. 应用半导体二极管广泛应用于电路中的整流、开关、逆变等领域。
发光二极管被广泛应用于指示灯、显示屏、光通信、人工光源等领域。
稳压二极管则广泛应用于稳压器、电源为以及仪器仪表中的输出稳定电压的调节和涟漪的滤波。
其在各自的应用领域都具有不可替代的作用。
21-半导体二极管PPT模板
2．温度特性
二极管的伏安特性对温度非常敏感。如下图所示，温度 升高，正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移动。在 室温附近，温度每升高1℃，正向压降约减小2～2.5mV，温 度每升高10℃，反向电流约增大1倍。
电工电子技术
半导体二极管
在PN结上加上电极引线和管壳，就成为一个晶体二极管 （简称二极管），其结构和电路符号如下图所示。其中，从P 区引出的电极称为阳极；从N区引出的电极称为阴极。
1.1 二极管的结构和类型
按结构不同，二极管可分为点接触型、面接触型和平面 型三大类，如下图所示。
按材料不同，二极管可分为硅二极管和锗二极管。按用 途不同，二极管可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极 管、光电二极管及变容1．最大整流电流
最大整流电流IF是指二极管长期工作允许通过的最大正向 电流。在规定的散热条件下，二极管的正向平均电流不能超过 此值，否则可能使会二极管因过热而损坏。
2．最大反向工作电压
最大反向工作电压URM是指二极管工作时允许外加的最 大反向电压。若超过此值，二极管可能会被击穿。通常取反 向击穿电压UBR的一半作为URM。URM数值较大的二极管称为 高压二极管。
（4）电压温度系数αU
电压温度系数αU是指温度每增加1℃时，稳定电压的相 对变化量，即
U
U Z U Z T
100%
2．发光二极管
发光二极管（LED）是一种能将电能转换成光能的半导 体器件，其材料主要为砷化镓、氮化镓等，主要用于音响设 备的电平显示及线路通、断状态的指示等。
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每个杂质原子(受主原子)提供一个空穴;4
+4
P型半导体中
+4
空穴浓度远大于自由电子浓度，
+4
为多数载流子(多子)，
自由电子为少数载流子(少子)。
编辑课件ppt
+3 +4
空穴
+4 +4
12
杂质半导体的记忆及示意表示法：
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
导体中的自由电子很少，导编辑电课件能pp力t 很弱。
7
? 如何导电？
• 辐射方法 强能量的量子撞击共价键
• 加热 分子振动
破坏结构
电子掉下来，引起自由 电子——空穴
光照是一般采用的方法。
本征半导体导电性能比金属导体差很多。但它具有热敏、
光敏的特性。
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8
本征激发：
几个概念
当本征半导体的温度升高或受到光照时，
根据PN结的材料、掺杂分布、 几何结构和偏置条件的不同， 可以制造多种功能的晶体二极管。
整流二极管、检波二极管和开关二极管；稳压二极管和雪崩二
极管；激光二极管与半导体发光二极管；光电探测器；太阳电
池。双极型晶体管和场效应晶体管，
是现代电子编辑技课件术ppt的基础。
16
PN结的形成
• 在一块晶体两边分别形成P型(硼)和N型半导 体(磷)。
3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的 导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导 体中自由电子是多子，空穴是少子。
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15
PN结
将一块半导体的一侧参杂成P型半导体，另一侧参杂成N型半 导体，那么在中间交界处形成一个PN结。
1948年，威廉·萧克利的论文“半导体中的P-N结和P-N结型 晶体管的理论”发表于贝尔实验室内部刊物。
成绩评定方法 考试70％ 平时30％ 平时成绩＝到课＋课堂表现＋作业 到课：点名 缺课（事前请假）假条 迟到 课堂表现：回答问题＋纪律 作业：按时 效果
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1
半导体二极管
半导体的导电特性 杂质半导体 PN 结及其单向导电性 半导体二极管
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2
半导体概念
依照导电性能，可以把媒质分为导体、绝缘体和半导体。
等，每个杂质原子提供一个自由电子，从而大量增加自由
电子数量。
+4
+4
+4
N型半导体中自由电子浓度远大于空
+4
+5
+4
穴浓度，为多数载流子(多子)，空穴
为少数载流子(少子)。
+4
+4
+4
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11
自由电子
杂质半导体
杂质半导体：掺杂后的半导体，包括N型半导体和P型半导体。
P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(硼、铝、铟)等，
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内电场阻碍了多子的继续
扩散。
18
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数
量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂
质浓度相等。
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13
结论
不论P型或N型半导体，掺杂越多，掺杂浓度越大，多子 数目就越多，多子浓度就越大，少子浓度也小。
• 由于P区有大量空穴(浓度大)，而N区的空穴极少(浓度小)，因 此空穴要从浓度大的P区向浓度小的N区扩散。
• N区电子也类似反向运动
空穴
P 扩散 扩散 N
自由电 子
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17
P区 空间电荷区 N区
多数载流子将扩散形成 耗尽层；
内电场
耗尽了载流子的交界处留下不
可移动的离子形成空间电荷区；
（内电场）
通常应用于光控电路，如路灯照明、警报器、楼梯灯
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5
本征半导体(intrinsic semiconductor )
一、本征半导体
指纯单晶，理想化的。
结构：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
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6
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
导体有良好的导电能力，铜、铝等金属材料；
绝缘体基本上不能导电，玻璃、陶瓷等材料；
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，硅(Si Silicon )、 锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。
半导体的导电能力会
随温度、光照的变化或因
掺入某些杂质而发生显著 变化。
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铜导线(左上)、玻璃绝缘体
(左下)和硅晶体(上)
某些共价键中的价电子从外界获得能量而挣脱共价键的束缚，
离开原子而成为自由电子的同时，在共价键中会留下数量相 同的空位子→→→空穴。这种现象称为本征激发。
本征激发形成: 电子(负电荷)-空穴（带正电）
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9
（1）漂移电流：
自由电子在电场作用下定向运动形成的电流称为漂移电 流。
（2）空穴电流：
空穴在电场作用下定向运动形成的电流称为空穴电流。
电子电流与空穴电流的实际方向是相同的，总和即半导 体中的电流。
（3）复 合：
自由电子在热运动过程中和空穴相遇，造成电子-空穴对
消失，这一过程称为复合。
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10
杂质半导体
杂质半导体：掺杂后的半导体，包括N型半导体和P型半导体。
N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(磷、砷、锑)
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
共价键：共价键就是相邻两个原子中的价电子为共用电子对而
形成的相互作用力。对大多数原子来说，外层电子数为8时它们达到饱和。
这时它们的外层电子数与同周期的惰性气体元素的外层电子数相同。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，
常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半
掺杂后，多子浓度都将远大于少子浓度，且即使是少量 掺杂，载流子都会有几个数量级的增加，表明其导电能力 显著增大。几十万到几百万倍
在杂质半导体中，多子浓度近似等于掺杂浓度，其值与 温度几乎无关，而少子浓度也将随温度升高而显著增大。
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14
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子 和空穴对，故其有一定的导电能力。
3
半导体器件具有体积小、重 量轻、使用寿命长、耗电少等特 点，是组成各种电子电路的核心 器件，在当今的电子技术中占有 主导地位。
Si二极管
Ge二极管
GaAs-AlGaAs 谐振腔发光二极管
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4
光敏电阻是一种特殊的电阻，它的电阻和光线的强弱有直接关系 光强度增加，则电阻减小； 光强度减小，则电阻增大。