§1半導體的基本知識§1.1PN結導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體，半導體器件中用的最多的是硅和鍺。半導體的特點：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。1

本征半導體——化學成分純凈的半導體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結構上呈單晶體形態。2二、本征半導體的導電機理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為0，相當于絕緣體。在常溫下，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴這一現象稱為本征激發，也稱熱激發。3§

1.1.2雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為（空穴半導體）。N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導體，也稱為（電子半導體）。5一、N型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。6+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、本征半導體中成對產生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數載流子（多子），空穴稱為少數載流子（少子）。7三、雜質半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。9§1.1.3PN結一、PN結的形成在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。10P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場E漂移運動擴散的結果是使空間電荷區逐漸加寬，空間電荷區越寬。內電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區變薄。空間電荷區，也稱耗盡層。11－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區N型區P型區電位VV0131、空間電荷區中沒有載流子。2、空間電荷區中內電場阻礙P中的空穴、N區

中的電子（都是多子）向對方運動（擴散運動）。3、P

區中的電子和N區中的空穴（都是少），數量有限，因此由它們形成的電流很小。注意:14二、PN結的單向導電性

PN結加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區加正、N區加負電壓。PN結加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P區加負、N區加正電壓。152、PN結反向偏置－－－－++++內電場外電場變厚NP+_內電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數量有限，只能形成較小的反向電流。RE17

PN結加正向電壓時，呈現低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。183PN結方程其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）19四、PN結的電容效應

PN結具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。

一是勢壘電容CB，

二是擴散電容CD。211勢壘電容CB

勢壘電容是由空間電荷區的離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下。22

擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區擴散到P區的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。2擴散電容CD反之，由P區擴散到N區的空穴，在N區內也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如下頁所示。23

§2半導體二極管PN結加上管殼和引線，就成為半導體二極管。引線外殼線觸絲線基片點接觸型PN結面接觸型PN二極管的電路符號：25半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：26半導體二極管圖片2729

§2.1伏安特性UI死區電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導通壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V。反向擊穿電壓UBR30

§2.2二極管的等效電路1.理想模型3.折線模型2.恒壓降模型314.小信號模型二極管工作在正向特性的某一小范圍內時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。即根據得Q點處的微變電導則常溫下（T=300K）32§2.3主要參數1.最大整流電流

IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。333.反向電流

IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數，二極管的應用是主要利用它的單向導電性，主要應用于整流、限幅、保護等等。下面介紹兩個交流參數。344.微變電阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二極管特性曲線上工作點Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對Q附近的微小變化區域內的電阻。35二極管：死區電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)理想二極管：死區電壓=0，正向壓降=0RLuiuouiuott二極管的應用舉例二極管半波整流36§2.4穩壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩壓誤差曲線越陡，電壓越穩定。+-UZ動態電阻：rz越小，穩壓性能越好。37（4）穩定電流IZ、最大、最小穩定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩壓二極管的參數:（1）穩定電壓

UZ（2）電壓溫度系數U（%/℃）穩壓值受溫度變化影響的的系數。（3）動態電阻38穩壓二極管的應用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩壓管的技術參數:負載電阻。要求當輸入電壓由正常值發生20%波動時，負載電壓基本不變。解：令輸入電壓達到上限時，流過穩壓管的電流為Izmax。求：電阻R和輸入電壓ui的正常值。——方程139令輸入電壓降到下限時，流過穩壓管的電流為Izmin。——方程2uoiZDZRiLiuiRL聯立方程1、2，可解得：40

穩壓二極管在工作時