電路與模電第5章ppt課件.ppt

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1、第5章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源(5課時）1第5章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源5.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識5.2半導(dǎo)體二極管5.3晶體二極管電路的分析方法5.4晶體二極管的應(yīng)用及直流穩(wěn)壓電源5.5半導(dǎo)體器件型號命名及方法25.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分，可分為：導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。1.導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體。如：鐵、銅等2.絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物體。如：橡膠等3.半導(dǎo)體：半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。在一定條件下可導(dǎo)電。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體特點：1

2、)在外界能源的作用下，導(dǎo)電性能顯著變化。光敏元件、熱敏元件屬于此類。2)在純凈半導(dǎo)體內(nèi)摻入雜質(zhì)，導(dǎo)電性能顯著增加。二極管、三極管屬于此類。31.本征半導(dǎo)體——純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。電子技術(shù)中用的最多的是硅和鍺。硅和鍺都是4價元素，它們的外層電子都是4個稱為價電子。其簡化原子結(jié)構(gòu)模型如下圖：無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)5.1.1本征半導(dǎo)體4本征晶體中各原子之間靠得很近，使原分屬于各原子的四個價電子同時受到相鄰原子的吸引，分別與周圍的四個原子的價電子形成共

3、價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。如圖所示：2.本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)兩個電子的共價鍵正離子芯5由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復(fù)合。一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。動態(tài)平衡由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴3.本征半導(dǎo)體中的兩種載流子6空

4、穴的移動由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴，在外加能源的激發(fā)下，鄰近的價電子有可能掙脫束縛補到這個空位上，而這個電子原來的位置又出現(xiàn)了空穴，其它電子又有可能轉(zhuǎn)移到該位置上。這樣一來在共價鍵中就出現(xiàn)了電荷遷移—電流。電流的方向與電子移動的方向相反，與空穴移動的方向相同。本征半導(dǎo)體中，產(chǎn)生電流的根本原因是由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴。7空穴的移動自由電子空穴空穴的運動實質(zhì)上是價電子填補空穴而形成的?？昭ǖ倪\動8磷（P）雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強，實現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多了？

5、少了？為什么？在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。施主雜質(zhì)1.N型半導(dǎo)體5.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體9所以，N型半導(dǎo)體中的導(dǎo)電粒子有兩種：自由電子—多數(shù)載流子（由兩部分組成）空穴——少數(shù)載流子N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：自由電子施主正離子5.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體10硼（B）多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時，載流子的數(shù)目變化嗎？在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形

6、成。受主雜質(zhì)2.P型半導(dǎo)體11P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：P型半導(dǎo)體中：空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ㄊ苤髫撾x子2.P型半導(dǎo)體12本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)本節(jié)中的有關(guān)概念13物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。擴散運動P區(qū)空穴濃度遠高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠高于P區(qū)。擴散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。1.PN結(jié)的形成5.1.3

7、PN結(jié)的形成及特性14因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運動由于擴散運動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運動。因濃度差多子擴散形成空間電荷區(qū)促使少子漂移阻止多子擴散1.PN結(jié)的形成15PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由

8、于電流很小，故可近似認為其截止。必要嗎？2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?6當外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。(1)PN結(jié)加正向電壓時低電阻大的正向擴散電流2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的伏安特性(2)PN結(jié)加反向電壓時高電阻很小的反向漂移電流在一定的溫度條件下