半導(dǎo)體雙極器件PN結(jié)器

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1、1.半導(dǎo)體二極管的類型在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管—PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖圖01.11二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(c)平面型(3)平面型二極管—往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管—PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型2.半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：半導(dǎo)體二極管圖片三.特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅

2、二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號(hào)和典型應(yīng)用電路如圖所示。特殊二極管包括穩(wěn)壓管、變?nèi)荻O管、隧道二極管、光電二極管、發(fā)光二極管等。穩(wěn)壓二極管的伏安特性(a)符號(hào)(b)伏安特性(c)應(yīng)用電路(b)(c)(a)從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。(A)穩(wěn)定電壓VZ——(B)動(dòng)態(tài)電阻rZ——在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。其概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相同，只不過(guò)穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。rZ=?VZ/?IZ(

3、C)最大耗散功率PZM——穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗為PZ=VZIZ，由PZM和VZ可以決定IZmax。(D)最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin—————穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin對(duì)應(yīng)VZmin。若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。(E)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——?VZ溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)?VZ?＞7V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng)?VZ?＜4V時(shí)，VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng)4V＜?VZ?＜7V時(shí)，穩(wěn)

4、壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。2.變?nèi)荻O管利用PN結(jié)電容隨外加電壓非線性變化的特性，即電抗可變器件。具有以下三種效應(yīng)：（1）通過(guò)外加電壓改變電抗，用做微波信號(hào)的開(kāi)關(guān)或調(diào)制。（2）利用非線性特性產(chǎn)生外加微波信號(hào)的諧波。（3）用兩個(gè)不同頻率的微波信號(hào)進(jìn)行參量放大，或?qū)⑵渲幸粋€(gè)信號(hào)上變頻。*器件特性盡可能接近理想可變電容，即損耗越小越好。

5、*PN結(jié)擴(kuò)散電容，損耗電導(dǎo)大。*變?nèi)荻O管通常采用勢(shì)壘電容。*工作區(qū)：零偏壓至擊穿電壓。*變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu)和參數(shù)器件工作在反偏區(qū)，結(jié)電阻大約為10兆歐，單位面積結(jié)電容約為幾個(gè)微微法拉，在高頻應(yīng)用時(shí)，結(jié)阻抗與結(jié)容抗相比可忽略不計(jì)。（1）變?nèi)荻O管的參數(shù)電容變化系數(shù)，品質(zhì)因數(shù)，串聯(lián)電阻和擊穿電壓。（A）電容變化系數(shù)：電容-電壓非線性變化程度Cmax：零偏壓時(shí)的結(jié)電容Cmin：擊穿電壓時(shí)的結(jié)電容值越大，表示結(jié)電容相對(duì)變化越大。（B）品質(zhì)因數(shù)Q：儲(chǔ)存能量與消耗能量的比值。變?nèi)荻O管的效率也由品質(zhì)因數(shù)表示。Q值的意義是表示變?nèi)荻O管儲(chǔ)存交流能量的本領(lǐng)，其值越大越好。零偏壓時(shí)的Q

6、值：*零偏壓截止頻率Qo=1（C）串聯(lián)電阻Rs：源于材料體電阻和接觸電阻。非外延變?nèi)荻O管以基區(qū)電阻為主外延變?nèi)荻O管以N區(qū)電阻為主（2）變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理想材料：A：至少有一種載流子有較高的遷移率；B：介電常數(shù)??；C：禁帶寬度大；D：雜質(zhì)電離能小；E：熱導(dǎo)率大。*設(shè)計(jì)臺(tái)面型外延二極管時(shí)最重要的參數(shù)：A：外延層電阻率B：外延層厚度C：擴(kuò)散深度外延層或N區(qū)雜質(zhì)濃度由截止頻率和擊穿電壓決定。降低外延層雜質(zhì)濃度擊穿電壓提高，但截止頻率下降。零偏壓截止頻率：擴(kuò)散后外延層凈雜質(zhì)分布：P型雜質(zhì)表面濃度外延層初始雜質(zhì)濃度襯底雜質(zhì)濃度設(shè)PN結(jié)空間電荷區(qū)中無(wú)可動(dòng)電荷，雜質(zhì)全部電離，

7、則泊松方程：解泊松方程可求得結(jié)電場(chǎng)與電勢(shì)，進(jìn)而求得結(jié)電容、擊穿電壓等參數(shù)。3.隧道二極管4.整流器整流器是一種對(duì)交流電進(jìn)行整流的PN結(jié)二極管(3-77)n介于1~2之間正向直流電阻RF和動(dòng)態(tài)電阻rF(3-78)(3-79)反向直流電阻RR和動(dòng)態(tài)電阻rR(3-80)(3-81)5.開(kāi)關(guān)二極管利用P+N結(jié)的單向?qū)щ娦灾瞥傻拈_(kāi)關(guān)器件。PN結(jié)反向渡越過(guò)程分為電流恒定和電流衰減兩個(gè)階段。電流恒定的時(shí)間稱存儲(chǔ)時(shí)間；從電流開(kāi)始下降到下降到初始值百分之十這段過(guò)程為下降過(guò)程。存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間之和稱為反向恢復(fù)時(shí)間：PN結(jié)正偏時(shí)，N區(qū)空穴分布：t=0到t=ts：在N區(qū)仍存在非平衡載