晶体二极管模型不同
40页1、第一章 晶体二极管,1.1 半导体物理基本知识,1.2 结,1.3 晶体二极管电路的分析方法,1.4 晶体二极管的应用,1.5 其它二极管,1.1 半导体物理基础知识,在物理学中,根据材料的导电能力,可以将他们划分为导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。,硅原子,锗原子,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。,本征半导体的共价键结构,束缚电子,在绝对温度T=0K时,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中,不会成为自由电子,因此本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。,一. 本征半导体(Intrinsic Semiconductor),本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。,这一现象称为本征激发,也称热激发。,当温度升高或受到光的照射时,束缚电子能量增高,有的电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。,自由电子,空穴,自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,称为空穴。,可见本征激发同时产生电子空穴对。 外加能量越高(温度越高),产生的电子空穴对越多
2、。,动画演示,与本征激发相反的现象复合,在一定温度下,本征激发和复合同时进行,达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。,常温300K时:,电子空穴对,自由电子 带负电荷 电子流,动画演示,总电流,空穴 带正电荷 空穴流,本征半导体的导电性取决于外加能量: 温度变化,导电性变化;光照变化,导电性变化。,导电机制,二. 杂质半导体(Doped Semiconductor),在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。,1. N型半导体,在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,砷等,称为N型半导体。,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,多数载流子自由电子,少数载流子 空穴,施主离子,自由电子,电子空穴对,在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。,空穴,硼原子,硅原子,多数载流子 空穴,少数载流子自由电子,受主离子,空穴,电子空穴对,2. P型半导体,杂质半导体的示意图,多子电子,少子空穴,多子空穴,少子电子,少子浓度与温度有关,多子浓度与温度无关,思考:多子浓度与何相关?,因多子浓度差,形成内电场,多子的扩散,空间电荷区,阻止多子扩散,促使少子漂移。,PN结合,空间电荷区,
3、多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,1.2 PN结,一. 动态平衡下的PN结形成,动画演示,动态平衡:,扩散电流 漂移电流,总电流0,二. PN结的伏安特性,1. 加正向电压(正偏)电源正极接P区,负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子扩散形成正向电流I F,2. 加反向电压(反偏)电源正极接N区,负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流I R,在一定的温度下,由本征激发产生的少子浓度是一定的,故IR基本上与外加反压的大小无关,所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻, PN结导通; PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻, PN结截止。 PN结具有单向导电性,动画演示1,动画演示2,3. PN结的伏安特性,根据理论推导,PN结的伏安特性曲线如图,正偏,IF(多子扩散),IR(少子漂移),反偏,反向饱和电流,反向击穿电压,反向击穿,热击穿烧坏PN结,电击穿可逆,自学:PN结的击穿特性 (
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