模电幻灯片--1晶体二极管
39页1、1.1 半导体物理基础知识,1.3 晶体二极管电路分析方法,1.2 PN结,1.4 晶体二极管的应用,1.0 概述,第一章 晶体二极管,概 述,晶体二极管结构及电路符号:,PN结正偏(P接+、N接-),D导通。,晶体二极管的主要特性:单方向导电特性,PN结反偏(N接+、P接-) ,D截止。,即,主要用途:用于整流、开关、检波电路中。,半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。,1.1 半导体物理基础知识,硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型:,硅和锗的单晶称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。,硅和锗共价键结构示意图:,1.1.1 本征半导体,共价键具有很强的结合力。 当T=0K(无外界影 响)时,共价键中无自由移动的电子。,这种现象称,注意:空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。,本征激发。,本征激发,当原子中的价电子激发为自由电子时,原子中留下空位,同时原子因失去价电子而带正电。,当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动,该运动可等效地看作是空穴的运动。,注意:空穴运动方向与价电子填补方向相反。,自由电子 带负电,半导体中有两种导电的载流
2、子,空穴的运动,空 穴 带正电,温度一定时: 激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。,热平衡载流子浓度,热平衡载流子浓度:,N型半导体:,1.1.2 杂质半导体,简化模型:,本征半导体中掺入少量五价元素构成。,P型半导体,简化模型:,本征半导体中掺入少量三价元素构成。,杂质半导体中载流浓度计算,1.1.3 两种导电机理漂移和扩散,载流子在电场作用下的运动运动称漂移运动,所形成的电流称漂移电流。,总漂移电流密度:,漂移与漂移电流,电导率:,半导体的电导率,电阻:,电压: V = E l,电流: I = S Jt,载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动,所形成的电流称扩散电流。,扩散电流密度:,扩散与扩散电流,1.2 PN结,利用掺杂工艺,把P型半导体和N型半导体在原子级上紧密结合,P区与N区的交界面就形成了PN结。,N型,PN结,1.2.1 动态平衡下的PN结,阻止多子扩散,利于少子漂移,PN结形成的物理过程,注意:掺杂浓度(Na、Nd)越大,内建电位差 VB 越大,阻挡层宽度 l0 越小。,内建电位差:,阻挡层宽度:,1.2.2 PN结的伏安特性,PN结单向导电特性,I,PN结单向导电
3、特性,IR,结论:PN结具有单方向导电特性。,PN结伏安特性方程式,PN结正、反向特性,可用理想的指数函数来描述:,其中:,IS为反向饱和电流,其值与外加电压近似无关,但受温度影响很大。,正偏时:,反偏时:,PN结伏安特性曲线,温度每升高10,IS约增加一倍。,温度每升高1, VD(on)约减小2.5mV。,1.2.3 PN结的击穿特性,因为T 载流子运动的平均自由路程 V(BR)。,击穿电压的温度特性,雪崩击穿电压具有正温度系数。,齐纳击穿电压具有负温度系数。,因为T 价电子获得的能量 V(BR)。,稳压二极管,利用PN结的反向击穿特性,可制成稳压二极管。,要求:Izmin Iz Izmax,1.2.4 PN结的电容特性,势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。,势垒电容CT,扩散电容CD,阻挡层外(P区和N区)贮存 的非平衡电荷量,随外加电压 变化产生的电容效应。,PN结电容,PN结反偏时,CT CD ,则 Cj CT,PN结总电容: Cj = CT + CD,PN结正偏时,CD CT ,则 Cj CD,故:PN结正偏时,以CD为主。,故:PN结反偏时,以CT为主。,通常:
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