模拟电子技术基础第六章半导体二极管及其应用电路.ppt

半导体材料
本征半导体
N型半导体
P型半导体
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半导体材料
导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外
PN结的形成
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在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
多子的扩散运动 
由杂质离子形成空间电荷区

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PN结的形成
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PN结的形成
对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。
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PN结的形成
PN结的形成
动画
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PN结的单向导电性
如果外加电压使PN结中：P区的电位高于 N 区的电位，称为加正向电压，简称正偏；
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从 P 区流到 N 区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
P 区的电位低于 N 区的电位，称为加反向电压，简称反偏。
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外加的正向电压有一部分降落在 PN 结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响, PN 结呈现低阻性。
PN结加正向电压时的导电情况
PN结的单向导电性
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PN结的单向导电性
PN结加正向电压
动画
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外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流本身就很小，PN结呈现高阻性。
PN结加反向电压时的导电情况
PN结的单向导电性
在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。
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PN结的单向导电性
PN结加反向电压
动画
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PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
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PN结的单向导电性
PN结V-I 特性表达式：
其中:
PN结的伏安特性
IS ——反向饱和电流
VT ——温度的电压当量
且在常温下(T=300K）:
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PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。
一是势垒电容CB
二是扩散电容CD
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PN结的电容效应
(1) 势垒电容CB
势垒电容是由空间电荷区离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。
势垒电容示意图
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PN结的电容效应
(2) 扩散电容CD
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因 PN 结正偏时，由N区扩散到 P 区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。
反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。
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PN结的电容效应
扩散电容示意图
当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不相同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
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PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电