3半导体二极管 及其基本电路 31半导体的基本知识 32PN结的形成及特性 33半导体二极管 34二极管基本电路及其分析方法 3.5特殊二极管
3 半导体二极管 及其基本电路 3.1 半导体的基本知识 3.3 半导体二极管 3.4 二极管基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管 3.2 PN结的形成及特性
31半导体的基本知识 311半导体材料 32半导体的共价键结构 313本征半导体 +4 3.14杂质半导体 半导体导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅和锗Gl以及砷化镓GaAs等。 导电的1、其能力容易受环境因素影响 重要特点 (温度、光照等) 2、掺杂可以显著提高导电能力
2 3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体 半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 导电的 重要特点 1、其能力容易受环境因素影响 （温度、光照等） 2、掺杂可以显著提高导电能力 +4
312半导体的共价键结构 两个价电子的 共价键 +4 +4 +4 原子结构二 。。正离子核 简化模型 313本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。 在T=0K和无外界激发时,没有载流子,不导电
3 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 3.1.2 半导体的共价键结构 原子结构 简化模型 3.1.3 本征半导体 — 完全纯净、结构完整的半导体晶体。 在T=0K和无外界激发时，没有载流子，不导电 两个价电子的 共价键 正离子核
313本征半导体、空穴及其导电作用 自由电子 温度↑光照 +4 空六 本征激发 由热激发或光照而产生 自由电子和空穴对。 +4 空穴 —共价键中的空位 +4)o(+40 4 空穴的移动空穴的运 动是靠相邻共价键中的价电 子依次充填空穴来实现的。 温度↑→载流子浓度↑
4 3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 温度 光照 自由电子 空穴 本征激发 空穴 ——共价键中的空位 空穴的移动——空穴的运 动是靠相邻共价键中的价电 子依次充填空穴来实现的。 由热激发或光照而产生 自由电子和空穴对。 温度 → 载流子浓度 ＋
●:●:.● ::9: ●:●:: 空穴的移动一空穴的运动是靠相邻共价键中的 价电子依次充填空穴来实现的 半导体导电特点1:其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力个
5 空穴的移动 — 空穴的运动是靠相邻共价键中的 价电子依次充填空穴来实现的 *半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑
314杂质半导体 P型半导体 N型半导体 掺入三价杂质元素(如硼) 掺入五价杂质元素(如磷) +4 受主原子 +3儿 +4 施主止窝子 图215P型丰导体的共价键结构 图216N型半导体的共价键结构 空穴=多子←它主要由杂质原子提供→自由电子=多子 自由电子=少子 由热激发形成 空穴 少子 空间电荷
3.1.4 杂质半导体 N型半导体 掺入五价杂质元素（如磷） P型半导体 掺入三价杂质元素（如硼） 自由电子 ＝ 多子 空穴 ＝ 少子 空穴 ＝ 多子 自由电子 ＝ 少子 由热激发形成 它主要由杂质原子提供 空间电荷
杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大 的影响,一些典型的数据如下: ①7=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度 H=p=1.4×1010cm3 ②掺杂后N型半导体中的自由电子浓度 n=5×1016/cm3 ③本征硅的原子浓度:496×1021cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3
7 掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106 /cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 杂质对半导体导电性的影响
本节中的有关概念 半导体导电特点1: 其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ ·本征半导体、本征激发自由电子 复合 空穴 ☆半导体导电特点2:掺杂可以显著提高导电能力 杂质半导N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价 多数载流子、少数载流子
8 • 本征半导体、本征激发 本节中的有关概念 自由电子 空穴 N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价) • 多数载流子、少数载流子 •杂质半导体 复合 *半导体导电特点1： 其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ *半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力
32PN结的形成及恃性 32.1PN结的形成 32.,2PN结的单向导电性* 323PN结的反向击穿 324PN结的电容效应
9 3.2 PN结的形成及特性 3.2.1 PN结的形成 3.2.2 PN结的单向导电性 * 3.2.3 PN结的反向击穿 3.2.4 PN结的电容效应
32.1PN结的形成 载流子的扩散运动浓度差产生的载流子移动 运动:漂移运动在电场作用下,载流子的移动 P区 一内电场N区 P型 N型 形成过程可分成4步动画) Q⊕⊕⊕.浓度差多子的扩散运动 ⊙S⊙⊕⊕⊕|2扩散空间电荷区内电场 esG④⊕3内电场)少子的漂移运动 →阻止多子的扩散 4、扩散与漂移达到动态平衡 扩散:空穴 电子 漂移:电子 空穴
10 3.2.1 PN结的形成 1. 浓度差→多子的扩散运动 2. 扩散→空间电荷区→内电场 3. 内电场→少子的漂移运动 →阻止多子的扩散 4、扩散与漂移达到动态平衡 载流子的 运动： 扩散运动——浓度差产生的载流子移动 漂移运动——在电场作用下，载流子的移动 P区 N区 扩散：空穴 电子 漂移：电子 空穴 P 型 N 型 形成过程可分成4步 (动画) 内电场