第3章 二极管及其应用.ppt

模拟电子技术
第3章
半导体二极管及其
基本应用电路
导体、半导体和绝缘体
导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料、石英、惰性气体等,其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
半导体的基本知识
半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:
(可做成温度敏感元件,如热敏电阻)。
掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电
能力明显改变(可做成各种不同用途的半导
体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。
光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化(可做
成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极
管、光敏三极管等)。
热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强。
半导体材料
Ge
Si
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
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。
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
硅和锗的晶体结构:
硅和锗的共价键结构
共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
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,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
+4
+4
+4
+4
在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。(本征激发)
1)载流子:(自由电子和空穴)
+4
+4
+4
+4
由于热运动,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中留有一个空位置,称为空穴
束缚电子
本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。
2) 本征半导体的导电机理
+4
+4
+4
+4
* 空穴吸引附近的电子来填补,相当于空穴的迁移,可以认为空穴是载流子。空穴带正电核,空穴子移动形成电流。
本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。
* 电子带负电核,电子移动形成电流。
自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。
*一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;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。
在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
P 型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。
N 型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。
杂质半导体