第3章 半导体二极管及其基本电路.PPT课件.ppt

第第3 3章章半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路§ 半导体二极管§ 半导体的基本知识§ PN 结的形成及特性§ 二极管基本电路及其分析方法§ 特殊二极管学****顺序:材料 P、N→ PN 结→二极管→电路主要内容:半导体二极管的电特性、基本电路应用§ § 半导体的基本知识一、半导体材料一、半导体材料二、半导体的共价键结构二、半导体的共价键结构三、本征半导体、空穴及其导电作用三、本征半导体、空穴及其导电作用四、杂质半导体四、杂质半导体一、半导体材料一、半导体材料半导体的特点: 半导体的特点: ①①热敏性热敏性②②光敏性光敏性③③掺杂性掺杂性晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健 Si Si Si Si 价电子硅、锗的晶体结构硅、锗的晶体结构共价键共价键——相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。二、半导体的共价键结构二、半导体的共价键结构除去价电子后的原子三、本征半导体、空穴及其导电作用三、本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体本征半导体——完全完全纯净纯净的、具有的、具有晶体结构晶体结构的半导体的半导体。。如硅如硅、、锗单晶体。锗单晶体。自由电子自由电子——价电子价电子在获得一定能量(温度升高或受光照) 在获得一定能量(温度升高或受光照) 后,即可挣脱原子核的束缚,成为后,即可挣脱原子核的束缚,成为自由电子自由电子(带负电) (带负电) 空空穴穴——自由电子的产生使共价键中留下一个空自由电子的产生使共价键中留下一个空位,称为位,称为空穴空穴(带正电的载流子) (带正电的载流子) 。。 Si Si Si Si价电子空穴温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子本征激发本征激发——这一现象称为本征激发。本征半导体中,自由电子和本征半导体中,自由电子和空穴成对出现,数目相同空穴成对出现,数目相同在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补, 在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补, 而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。当于正电荷的移动)。当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分电流电流: : (1) (1) 自由电子作定向运动自由电子作定向运动??电子电流电子电流(2) (2) 价电子递补空穴价电子递补空穴??空穴电流空穴电流运载电荷的粒子称为载流子。自由电子自由电子和和空穴空穴都称为载流子。都称为载流子。注意: 注意: (1) (1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少, , 其导电性能很差; 其导电性能很差; (2) (2) 温度愈高, 温度愈高, 载流子的数目愈多载流子的数目愈多, ,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目维持一定的数目;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对的浓度加大。增多,自由电子与空穴对的浓度加大。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。复合: 复合: 空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。两种载流子两种载流子电子电子( (自由电子自由电子) )空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子( (在共价键以外在共价键以外) )的运动的运动空穴空穴( (在共价键以内在共价键以内) )的运动的运动结论: 1. 1. 本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少; 本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少; 2. 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电; 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电; 3. 3. 本征半导体导电能力弱,并与温度有关。本征半导体导电能力弱,并与温度有关。