封面半導體器件特性及二極管返回四川稻城沖古寺景區引言

半導體器件是現代電子技術的重要組成部分，由于它具有體積小、重量輕、使用壽命長、輸入功率小和功率轉換效率高等優點而得到廣泛的應用。集成電路特別是大規模和超大規模集成電路不斷更新換代，致使電子設備在微型化、可靠性和電子系統設計的靈活性等方面有了重大的進步，因而電子技術成為當代高新技術的龍頭。本頁完

常用的半導體的材料有硅、鍺（均為四價元素）、硼、銦（均為三價元素）和磷、砷、銻（均為五價元素）。返回半導體器件特性及二極管學習要點本節學習要點和要求半導體器件特性及二極管半導體的導電作用PN結的形成及特性半導體二極管的結構和V-I特性二極管基本電路及其分析方法幾種特殊二極管的作用返回半導體二極管及其基本電路學習主頁半導體器件特性及二極管主頁使用說明：要學習哪部分內容，只需把鼠標移到相應的目錄上單擊鼠標左鍵即可。半導體的基本知識PN結的形成及特性半導體二極管參考資料:二極管的參數結束二極管基本電路及其分析方法特殊二極管貴州興義馬嶺河大峽谷返回半導體基本知識

一、半導體的共價鍵結構

1.硅元素的簡化原子模型一、半導體的共價鍵結構

1、硅（鍺）元素的簡化原子模型半導體的基本知識Si+14硅原子模型原子核Si+4價電子硅原子的簡化模型硅元素最外層有4個價電子在簡化模型中只畫出最外層的4個價電子，因為原子呈中性，所以簡化模型中的原子核用帶圈的+4符號表示。最外層的電子稱為價電子繼續慣性核

1、硅（鍺）元素的簡化原子模型2.半導體的共價鍵結構一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識

2、半導體的共價鍵結構繼續每個硅原子都與其它原子共用價電子(其作用稱為共價鍵)，形成一個較為穩定的具有8個電子的原子外圍結構，但由于是共用價電子，所以穩定性較差。不含雜質的硅半導體稱為硅本征半導體繼續

1、硅（鍺）元素的簡化原子模型2.半導體的共價鍵結構一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識

2、半導體的共價鍵結構繼續本頁完共用價電子示意圖實際上半導體晶體結構是三維的。繼續二、本征半導體中的空穴及導電作用

二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續本頁完

1、本征半導體中的本征激發

2、空穴的移動本征激發及空穴移動動畫當半導體接受外界足夠的能量后,價電子掙脫共價鍵的束縛,成為自由電子,稱為本征激發。

二、本征半導體中的空穴及導電作用二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識

1、本征半導體中的本征激發

2、空穴的移動+4-4中性出現一個空穴就意味著少了一個價電子,伴隨著出現一個正電荷。繼續二、本征半導體中的空穴及導電作用

二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續

1、本征半導體中的本征激發

2、空穴的移動+4-4-3空穴的移動與正電荷移動的方向是相同的,所以在半導體的導電研究中,空穴被等效地看成是帶正電的載流子。出現一個空穴原子就帶一個正電荷+1出現一個空穴就意味著少了一個價電子,伴隨著出現一個正電荷。

二、本征半導體中的空穴及導電作用二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識

1、本征半導體中的本征激發

2、空穴的移動3、在半導體中,參與導電的有電子和空穴兩種載流子。+4-4-3空穴自由電子很顯然,本征半導體中的空穴與自由電子總是成對出現的。空穴與自由電子越多,本征半導體的導電能力越強。當溫度升高時,掙脫束縛的電子顯著增多,半導體的導電能力會顯著增強。繼續本頁完

二、本征半導體中的空穴及導電作用三、雜質半導體一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識三、雜質半導體繼續在本征半導體中摻入微量的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著的改變。

二、本征半導體中的空穴及導電作用1、P型半導體一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續本頁完三、雜質半導體1、P型半導體(空穴導電)產生一個空位摻入3價元素鄰近電子受激發填補空位形成空穴每摻入一個3價元素,可產生一個空穴,P型半導體的導電主要靠空穴,所以空穴稱為多子。控制摻入3價元素的量可以控制半導體的導電能力。受溫度等影響,半導體仍有少量電子受激形成自由電子,但數量很少,稱為少子。

二、本征半導體中的空穴及導電作用1、P型半導體一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續本頁完三、雜質半導體1、P型半導體(空穴導電)P型半導體的圖示每摻入一個3價元素,可產生一個空穴,P型半導體的導電主要靠空穴,所以空穴稱為多子。控制摻入3價元素的量可以控制半導體的導電能力。2、N型半導體

二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續本頁完三、雜質半導體1、P型半導體(空穴導電)多余一個電子很容易受激發形成自由電子。摻入5價元素每摻入一個5價元素,可產生一個自由電子,N型半導體的導電主要靠自由電子,所以自由電子稱為多子。控制摻入5價元素的量可以控制半導體的導電能力。受溫度等影響,半導體仍有少量電子受激掙脫束縛,形成空穴,但數量很少,稱為少子。2、N型半導體(電子導電)2、N型半導體

二、本征半導體中的空穴及導電作用一、半導體的共價鍵結構半導體的基本知識繼續本頁完三、雜質半導體1、P型半導體(空穴導電)+2、N型半導體(電子導電)半導體基本知識學習完畢,單擊返回,返回學習主頁，單擊繼續,繼續往下學習《PN結的形成及特性》。繼續返回N型半導體的圖示每摻入一個5價元素,可產生一個自由電子,N型半導體的導電主要靠自由電子,所以自由電子稱為多子。控制摻入5價元素的量可以控制半導體的導電能力。PN結的形成及特性

一、PN結的形成一、PN結的形成PN結的形成及特性繼續本頁完把一塊P型半導體與一塊N型半導體結合起來。PN在交界面處由于空穴和自由電子濃度不同,各自向濃度低的地方擴散,即空穴向N區擴散,電子向P區擴散。擴散的結果在交界面處形成一個很薄的帶電層,帶電層產生的內電場方向是阻礙多數載流子繼續擴散。但內電場的方向卻有利于使各自的少子進入對方區域(稱為漂移)。PN結形成動畫顯示擴散和漂移最終會達到動態平衡,PN結的厚度不再變化。

PN結上的電荷是不可移動的,所以電阻率很高。擴散越強,PN結越厚,PN結的電阻率越高。二、PN結的單向導電

1、PN結的正向連接一、PN結的形成PN結的形成及特性繼續二、PN結的單向導電性外電場削弱內電場,PN結變薄,擴散加強,形成電流。即PN結可產生正向連接時可產生正向電流IF。1、PN結的正向連接

電源的正極接P區,負極接N區稱為正向連接。

PN結正向連接時可產生正向電流IF。PN結的正向連接動畫顯示2、PN結的反向連接一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性外電場與內電場同向,PN結更厚,擴散基本不能進行,只有少數載流子的漂移形成電流很小的反向電流IR(正常時只達到微安級)。2、PN結的反向連接電源的正極接N區,負極接P區稱為反向連接。繼續

PN結反向連接時只能產生很小的反向電流IR。PN結的反向連接動畫顯示1、PN結的正向連接

電源的正極接P區,負極接N區稱為正向連接。

PN結正向連接時可產生正向電流IF。過度頁一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性繼續2、PN結的反向連接

PN結反向連接時只能產生很小的反向電流IR。1、PN結的正向連接

PN結正向連接時可產生正向電流IF。PN結單向導電總結一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性

PN結正向連接時可產生正向電流IF。2、PN結的反向連接繼續本頁完總結：PN結的正向電阻很小,反向電阻很大,這就是它的單向導電性。

PN結反向連接時只能產生很小的反向電流IR。1、PN結的正向連接PN結的單向導電性動畫顯示三、PN結的V-I特性曲線和表達式

PN結的V-I正向特性曲線

PN結一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性三、PN結的V-I特性曲線和表達式繼續本頁完繪出PN結正向連接時的V-I特性曲線當PN結的正向連接電壓從0開始增加時,正向電流IF并不立即出現.當正向電壓達到某一數值后Vth后,正向電流才IF開始出現。硅PN結正向電流IF隨正向電壓的增加而迅速增加。VthPN結的V-I反向特性曲線

PN結一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性三、PN結的V-I特性曲線和表達式繼續本頁完在此范圍內,PN結的伏安特性近似符合此關系式。硅PN結當PN結反向連接時,電壓在很大的一段變化范圍內,反向電流IR都很小且幾乎不變.iD=IS(e-1)vD

/VTVth繪出PN結反向連接時的V-I特性曲線PN結的V-I關系表達式一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性三、PN結的V-I特性曲線和表達式繼續本頁完iD=IS(e-1)vD

/VT

PN結硅PN結iD——通過二極管的電流IS——二極管的反向飽電流即IRvD——加在二極管兩端的電壓VT——溫度電壓當量(26mV)Vth四、PN結的反向擊穿

PN結硅PN結一、PN結的形成PN結的形成及特性二、PN結的單向導電性三、PN結的V-I特性曲線和表達式繼續本頁完四、PN結的反向擊穿當PN結反向偏置電壓增大至某一數值時,反向電流IR突然增大,稱為反向擊穿。熱擊穿：一般二極管反向擊穿后，在PN結上產生的熱量很大，通常會把PN結燒毀。所以一般二極管不允許工作在反向擊穿區間。齊納擊穿:另外一種可以使二極管恢復原狀的反向擊穿稱為齊納擊穿(原理請自行參閱課本)。《PN結的形成及特性》學習完畢,單擊返回,返回學習主頁，單擊繼續,繼續往下學習《半導體二極管》。繼續返回Vth半導體二極管

一、半導體二極管的結構一、半導體二極管的結構半導體二極管繼續本頁完三價鋁絲在觸點上產生極小的PN結,只能通過很小的電流。點接觸型二極管一般用在頻率很高、電流很小的電路中。面結型二極管的PN結接觸面較大,可通過較大的電流。面結型二極管一般工作在電流較大的電路中,適用低頻電路。平面型二極管的PN

結接觸面很大,可用在大電流電路中作整流用,只適用于低頻電路。半導體二極管外型圖一、半導體二極管的結構半導體二極管面結型二極管一般工作在電流較大的電路中,適用低頻電路。幾種半導體二極管的外型圖平面型二極管的PN結接觸面很大,可用在大電流電路中作整流用,只適用于低頻電路。繼續本頁完硅高頻檢波二極管型號：2CP符號：整流二極管符號：型號：2CZ鍺高頻檢波二極管型號：2AP點接觸型二極管一般用在頻率很高、電流很小的電路中。二、半導體二極管的伏安特性曲線I(mA)U(V)二極管的伏安特性(A)0-4-2-5-105101520250.20.40.60.8鍺管硅管正向特性反向特性VBIS一、半導體二極管的結構半導體二極管繼續本頁完二、半導體二極管的符號和伏安特性曲線鍺管的門坎電壓Vth較小,約為0.1V左右。硅管的正向電壓超過0.5V后才產生正向電流,此電壓一般稱為門坎電電壓,也可以用Vth表示。VD、D+-半導體二極管電路符號PNVth0.6V(Si)Vth0.1V(Ge)Vth三、半導體二極管的幾個主要參數簡介

1.最大整流電流IF

2.反向擊穿電壓VBR

3.反向電流IR一、半導體二極管的結構半導體二極管繼續二、半導體二極管的符號和伏安特性曲線三、半導體二極管的幾個主要參數簡介1.最大整流電流IFM管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓VBR指管子反向擊穿時的電壓值3.反向電流IR(sat)管子未擊穿時的反向直流電流

IR(sat)的數值愈小，管子的單向導電性能愈好。過度一、半導體二極管的結構半導體二極管繼續二、半導體二極管的符號和伏安特性曲線三、半導體二極管的幾個主要參數簡介2.反向擊穿電壓VBR1.最大整流電流IFM3.反向電流IR(sat)4.極間電容一、半導體二極管的結構半導體二極管二、半導體二極管的符號和伏安特性曲線三、半導體二極管的幾個主要參數簡介2.反向擊穿電壓VBR3.反向電流IR(sat)4.最高工作頻率fM二極管具有單向導電性的最高工作頻率。繼續1.最大整流電流IFM

fM的數值主要由管子的極間電容的大小決定。二極管極間電容的形成可參考康華光編《電子技術基礎》模擬部分(第四版)有關章節。考慮極間電容的等效電路一、半導體二極管的結構半導體二極管二、半導體二極管的符號和伏安特性曲線三、半導體二極管的幾個主要參數簡介考慮了極間電容后,二極管的等效電路如右圖所示。繼續本頁完rC

PN

結電阻,正向偏置時為正向電阻,反向偏置時為反向電阻。

PN結的極間電容很顯然,若C較大而電路的工作頻率又較高,由電容器的特性知二極管將失去單向導電性的功能。二極管的其它參數可返回學習主頁后進入《二極管的參數》部分瀏覽。單擊返回,返回學習主頁，單擊繼續,繼續往下學習。繼續返回2.反向擊穿電壓VBR1.最大整流電流IFM3.反向電流IR(sat)4.最高工作頻率fM二極管基本電路及其分析方法

一、半導體二極管正向V-I特性建模

1.理想模型一、半導體二極管正向V-I特性建模二極管基本電路及其分析方法1.理想模型二極管處于正向偏置而導通時其壓降為0,可認為二極管處于短接狀態；二極管處于反向偏置時電阻為無窮大,電流為0,可認為二極管處于斷路狀態。繼續本頁完正向導通時的理想模型－ＶD=0+－PN+－PN－++反向截止時的理想模型當電源電壓遠大于二極管的管壓降(一般是0.7V左右)時,可使用理想模型分析電路。2.恒壓降模型一、半導體二極管正向V-I特性建模二極管基本電路及其分析方法2.恒壓降模型當二極管處于正向偏置后,可認為管壓降為一恒量(通常取值為0.7V)。恒壓降模型：一個理想二極管串接一個0.7V的電源。－+－PN+iD0.7V0.7V繼續本頁完恒壓降模型伏安特性曲線一般當二極管的正向電流IF≥1mA時可使用本模型。1.理想模型I(mA)U(V)二極管的伏安特性(A)0-4-2-5-105101520250.20.40.60.83.折線模型一、半導體二極管正向V-I特性建模二極管基本電路及其分析方法當二極管處于正向偏置后,二極管兩端的電壓隨通過二極管的電流的變化而作線性變化3.折線模型rD繼續本頁完二極管實際伏安特性曲線折線模型伏安特性曲線iD0.5V－+－PN+iD2.恒壓降模型1.理想模型折線模型：一個理想二極管串接一個0.5V的電源和一個相當于二極管正向偏置時的電阻rD。I(mA)U(V)二極管的伏安特性(A)0-4-2-5-105101520250.20.40.60.8Vth0.6V(Si)Vth0.1V(Ge)Vth4.小信號模型一、半導體二極管正向V-I特性建模二極管基本電路及其分析方法當二極管工作在小信號范圍內時,由伏安特性曲線可知,其工作范圍可看成是一條直線當二極管工作在小信號狀態時可用此法求出其正向導通時的交流電阻。繼續本頁完此時二極管的正向電阻rD(亦稱交流電阻)可用直角三角形求出。4.小信號模型vDiD小信號交流電阻rD=vD

/iD－+－PN+iD沿工作點作一切線單擊資料，可觀看二極管交直流電阻圖解；單擊返回,返回學習主頁，單擊繼續,繼續往下學習。繼續返回資料3.折線模型2.恒壓降模型1.理想模型I(mA)U(V)二極管的伏安特性(A)0-4-2-5-105101520250.20.40.60.8Vth0.6V(Si)Vth0.1V(Ge)Vth特殊二極管

一.穩壓二極管

穩壓二極管實物圖特殊二極管繼續一、穩壓二極管穩壓二極管型號：

2CW14符號：主要參數：

250mW6V實物圖穩壓二極管的穩壓原理VZIZVZI/mA8400.40.81.2V-4-8特殊二極管繼續本頁完一、穩壓二極管穩壓二極管是一種比較特殊的二極管，正常工作時是加上反向電壓的，它工作在反向擊穿的區域。