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chapter2chapter2模电课件演示文模电课件演示文稿稿• 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 有关半导体的基本概念有关半导体的基本概念• 自由电子、空穴自由电子、空穴• N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体• 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子• 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质1.本征半导体本征半导体本本征征半半导导体体————化化学学成成分分纯纯净净的的半半导导体体它它在在物物理理结构上呈单晶体形态结构上呈单晶体形态现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个的最外层电子（价电子）都是四个的最外层电子（价电子）都是四个的最外层电子（价电子）都是四个Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子§2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱，常温下束缚电子很难脱离共价键成为离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体中，因此本征半导体中的自由电子很少，所以的自由电子很少，所以本征半导体的导电能本征半导体的导电能力很弱。

力很弱形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构子是八个，构成稳定结构共价键有很强的结合力，使原共价键有很强的结合力，使原共价键有很强的结合力，使原共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体子规则排列，形成晶体子规则排列，形成晶体子规则排列，形成晶体4+4+4+42.杂质半导　　在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，　　在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化掺入的杂质主可使半导体的导电性发生显著变化掺入的杂质主要是三价或五价元素掺入杂质的本征半导体称为要是三价或五价元素掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体N N型半导体型半导体—掺入五价杂质元素（如磷）的半导体　　　　　　掺入五价杂质元素（如磷）的半导体　　　　　　（（主要载流子为电子、电子半导体）主要载流子为电子、电子半导体）P P型半导体型半导体—掺入三价杂质元素（如硼）的半导体　　　　　　掺入三价杂质元素（如硼）的半导体　　　　　　（主要载流子为空穴、空穴半导体）（主要载流子为空穴、空穴半导体） N型半导体型半导体 　　　　因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由自由电子电子。

在在N N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由它主要由杂质原子提供；杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子, , 由热激发形成由热激发形成　　　　 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质原子也称为，因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子SiPSiSi 2. P型半导体型半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个一个价电子而在共价键中留下一个空穴 在在P型半导体中型半导体中空穴空穴是多数载流子，是多数载流子，它主要由掺杂它主要由掺杂形成形成；；自由电子自由电子是少数载流子，是少数载流子， 由热激发形成由热激发形成 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子三价杂质三价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动可以移动杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体型半导体1. PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型型半导体和半导体和N型半导体，经过载流子的扩散型半导体，经过载流子的扩散和漂移，在它们的交界面处就形成了和漂移，在它们的交界面处就形成了PN结。

结§2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性P P型半导体型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N N型半导体型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动漂移运动漂移运动P型半导体型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动扩散运动内电场内电场E EPN结处载流子的运动结处载流子的运动 内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使移运动越强，而漂移使移运动越强，而漂移使移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄空间电荷区变薄空间电荷区变薄空间电荷区变薄 扩散的结果是使空扩散的结果是使空扩散的结果是使空扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽间电荷区逐渐加宽间电荷区逐渐加宽间电荷区逐渐加宽PN结处载流子的运动结处载流子的运动漂移运动漂移运动P型半导体型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动扩散运动内电场内电场E E 因此扩散和因此扩散和漂移这一对相漂移这一对相反的运动最终反的运动最终达到平衡，相达到平衡，相当于两个区之当于两个区之间没有电荷运间没有电荷运动，空间电荷动，空间电荷区的厚度固定区的厚度固定不变。

不变PN结正向偏置结正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正向电流正向电流正向电流正向电流PN结反向偏置结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小， A级级2. PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压或或正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是： P区加正、区加正、N区加负电压区加负电压PN结加正向电压　结加正向电压　导通导通 PN结结加上反向电压加上反向电压或或反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P区加负、区加负、N区加正电压区加正电压PN结加反向电压　结加反向电压　截止截止2.2.3 半导体二极管半导体二极管1. 基本结构基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管结加上管壳和引线，就成为半导体二极管PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极2. 伏安特性伏安特性UI导通压降导通压降导通压降导通压降: : 硅管硅管硅管硅管0.6~0.7V,0.6~0.7V,锗管锗管锗管锗管0.2~0.3V0.2~0.3V。

反向击穿电反向击穿电反向击穿电反向击穿电压压压压U U(BR)(BR)死区电压死区电压死区电压死区电压 硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.2V0.2V反向漏电流反向漏电流反向漏电流反向漏电流IsIs（很小，（很小，（很小，（很小，   A A级）级）级）级） 1). 理想模型理想模型 2. 恒压降模型恒压降模型3). 折线模型折线模型3. 二极管常用模型二极管常用模型 4). 小信号模型小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻其正向特性可以等效成一个微变电阻即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K））  4. 4. 二极管的参数二极管的参数(1) 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM(3) 反向电流反向电流I IR R(4) 正向压降正向压降VF(5) 极间电容极间电容C5. 二极管实物图片二极管实物图片例例1. 二极管为理想二极管：死区电压为二极管为理想二极管：死区电压为0 ，，正向压降为０。

正向压降为０RLuiuOuiuott二极管半波整流二极管半波整流 例２．例２．开关电路开关电路电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解： 先断开先断开D，以，以O为基准电位，既为基准电位，既O点为点为0V 则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴，接阴极的电位为极的电位为-12V阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通接入时正向导通导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位阳极的电位所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V2.5 特殊体二极管特殊体二极管 2.5.1 稳压二极管稳压二极管 2.5.2 变容二极管变容二极管 2.5.3 光电子器件光电子器件1. 光电二极管光电二极管2. 发光二极管发光二极管3. 激光二极管激光二极管IZmax+-稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmin稳压二极管工作在反稳压二极管工作在反向击穿状态向击穿状态,当工作电当工作电流流IZ在在Izmax和和 Izmin之之间时间时,其两端电压近似其两端电压近似为常数为常数正向同正向同二极管二极管工作工作电流电流稳定稳定电压电压稳压二极管稳压二极管(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反向工作电压。

反向工作电压rZ = VZ / IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数—— VZ 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO =VZ# # 稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin ≤ IZ ≤ IZmax# # 不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？# # 上述电路上述电路上述电路上述电路V VI I为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值大于大于大于大于V VZ Z ，，，， V VOO的波形是怎样的？的波形是怎样的？的波形是怎样的？的波形是怎样的？作业：作业： 2.4.3　　 2.4.5 　　2.4.6 ( (设设D D为理想模型）为理想模型）　　　　2.4.8 2.5.1（设（设DzDz正向压降为正向压降为0.7v0.7v）） 结束结束。