-第1节晶体二极管课件.ppt
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- 晶体二极管 课件
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1、第二章第二章 放大器的基本原理放大器的基本原理第一节第一节 晶体二极管晶体二极管第二节第二节 晶体三极管晶体三极管第三节第三节 基本放大电路基本放大电路第四节第四节 射极输出器射极输出器第五节第五节 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路第一节第一节 晶体二极管晶体二极管一、半导体的导电性一、半导体的导电性二、二、PN结及其单向导电性结及其单向导电性三、晶体二极管及其特性三、晶体二极管及其特性*四、特殊二极管四、特殊二极管*一、半导体的导电性一、半导体的导电性 1.半导体半导体(semiconductor)半导体的物理特性半导体的物理特性 物质根据其导电性能分为物质根据其导电性能分为 导导
2、体体 绝缘体绝缘体 半导体半导体半导体的导电能力具有独特的性质。半导体的导电能力具有独特的性质。温度升高时,纯净的半导体的导电能力显著增加;温度升高时,纯净的半导体的导电能力显著增加;在纯净半导体材料中加入微量的在纯净半导体材料中加入微量的“杂质杂质”元素,它的元素,它的电导率就会成千上万倍地增长;电导率就会成千上万倍地增长;纯净的半导体受到光照时,导电能力明显提高。纯净的半导体受到光照时,导电能力明显提高。简化原子结构模型如图的简化形式。简化原子结构模型如图的简化形式。+4惯性核惯性核价电子价电子硅和锗的简化原子模型硅和锗的简化原子模型半导体的晶体结构半导体的晶体结构 单晶半导体结构特点单晶
3、半导体结构特点 共价键共价键:由相邻两个原子各拿出一个价电子组成由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价电子对所构成的联系。价电子对所构成的联系。晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键2.2.半导体的导电原理半导体的导电原理 本征半导体本征半导体(Intrinsic Semiconductor)纯净的、结构完整的单晶半导体,纯净的、结构完整的单晶半导体,称为本征半导体。称为本征半导体。物质导电能力的大小取决于其中能参与物质导电能力的大小取决于其中能参与导电的粒子导电的粒子载流子的多少。载流子的多少。在本征半导体中,激发出一个自由电子,同时便
4、在本征半导体中,激发出一个自由电子,同时便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生,称产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生,称为电子空穴对。为电子空穴对。本征激发(本征激发(Intrinsic Excitation)产生本征激发的条件:加热、光照及射线照射。产生本征激发的条件:加热、光照及射线照射。空穴的运动实空穴的运动实质上是价电子质上是价电子填补空穴而形填补空穴而形成的。成的。BA空穴自由电子自由电子晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共价键共价键 由于空穴带正电荷,且可以在原子间移动,由于空穴带正电荷,且可以在原子间移动,因此,空穴是一种
5、载流子因此,空穴是一种载流子(carrier)。半导体中有两种载流子:自由电子载流子半导体中有两种载流子:自由电子载流子(简称电子)和空穴载流子(简称空穴),(简称电子)和空穴载流子(简称空穴),它们均可在电场作用下形成电流。它们均可在电场作用下形成电流。杂质半导体杂质半导体l本征半导体的电导率很小,而且受温度和光本征半导体的电导率很小,而且受温度和光照等条件影响甚大,不能直接用来制造半导照等条件影响甚大,不能直接用来制造半导体器件。体器件。l本征半导体的物理性质:纯净的半导体中掺本征半导体的物理性质:纯净的半导体中掺入微量元素,导电能力显著提高。入微量元素,导电能力显著提高。l掺入的微量元素
6、掺入的微量元素“杂质杂质”。l掺入了掺入了“杂质杂质”的半导体称为的半导体称为“杂质杂质”半导体。半导体。常用的杂质元素常用的杂质元素 三价的硼、铝、铟、镓三价的硼、铝、铟、镓 五价的砷、磷、锑五价的砷、磷、锑 通过控制掺入的杂质元素的种类和数量来制成通过控制掺入的杂质元素的种类和数量来制成各种各样的半导体器件。各种各样的半导体器件。杂质半导体分为:杂质半导体分为:N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。N型半导体型半导体(Negative Type Semiconductor)l在本征半导体中加入微量的五价元素,在本征半导体中加入微量的五价元素,可使半导体中自由电子浓度大为增加,可使半导
7、体中自由电子浓度大为增加,形成形成N型半导体。型半导体。l掺入的五价杂质原子占据晶体中某些硅掺入的五价杂质原子占据晶体中某些硅(或锗)原子的位置。如图所示。(或锗)原子的位置。如图所示。N型半导体晶体结构示意图型半导体晶体结构示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4 共价键共价键 掺入五价原子掺入五价原子掺入五价掺入五价原子占据原子占据Si原子位置原子位置 在 室 温 下在 室 温 下就可以激发就可以激发成成自由电子自由电子 P型半导体型半导体(Positive Type Semiconductor)在本征半导体中加入微量的三价元素,可使在本征半导体中加入微量的三价元素,可使半导体中的空穴浓
8、度大为增加,形成半导体中的空穴浓度大为增加,形成P型半导体。型半导体。空位空位AP型半导体晶体结型半导体晶体结构示意图构示意图+4+4+4+4+4+3+4+4+4共价键共价键空位吸引邻近空位吸引邻近原子的价电子填原子的价电子填充,从而留下一充,从而留下一个空穴。个空穴。在在P型半导体型半导体中,中,空穴数等于空穴数等于负离子数与自由负离子数与自由电子数之和电子数之和,空,空穴带正电,负离穴带正电,负离子和自由电子带子和自由电子带负电,整块半导负电,整块半导体中正负电荷量体中正负电荷量相等,保持电中相等,保持电中性。性。载流子的漂移运动和扩散运动载流子的漂移运动和扩散运动 漂移运动漂移运动 有电
9、场力作用时,电子和空穴便产生定向运有电场力作用时,电子和空穴便产生定向运动,称为漂移运动。漂移运动产生的电流称为动,称为漂移运动。漂移运动产生的电流称为漂移电流。漂移电流。扩散扩散运动运动 由于浓度差而引起的定向运动称为扩散运由于浓度差而引起的定向运动称为扩散运动,载流子扩散运动所形成的电流称为扩散动,载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。电流。二、二、PN结及其单向导电性结及其单向导电性 PN结结(PN Junction):是指在是指在P型半导体和型半导体和N型半导体的交界处形型半导体的交界处形成的空间电荷区。成的空间电荷区。PN结是构成多种半导体器件的基础。结是构成多种半导体器件的基础。
10、二极管的核心是一个二极管的核心是一个PN结;三极管中包含结;三极管中包含了两个了两个PN结。结。l浓度差引起载流子的扩散。浓度差引起载流子的扩散。1.PN结的形成结的形成 l扩散的结果形成自建电场。扩散的结果形成自建电场。空间电荷区也称作空间电荷区也称作“耗尽区耗尽区”“势垒区势垒区”自建电场阻止扩散,加强漂移。自建电场阻止扩散,加强漂移。动态平衡。动态平衡。扩散扩散=漂移漂移 2.2.PN结的导电特性结的导电特性 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结外加正向电压结外加正向电压 如图所示,电源的正极如图所示,电源的正极接接P区,负极接区,负极接N区,这区,这种接法叫做种接法叫做PN结加正向
11、结加正向电压或正向偏置。电压或正向偏置。lPN结外加正向电压时(结外加正向电压时(P正、正、N负),空间负),空间电荷区变窄。电荷区变窄。l不大的正向电压,产生相当大的正向电流。不大的正向电压,产生相当大的正向电流。l外加电压的微小变化,扩散电流变化较大。外加电压的微小变化,扩散电流变化较大。PN结外加反向电压结外加反向电压 电源的正极接电源的正极接N区,负极接区,负极接P区,这种接区,这种接法叫做法叫做PN结加反向电压或反向偏置。结加反向电压或反向偏置。lPN结加反向电压时,空间电荷区变宽,自结加反向电压时,空间电荷区变宽,自建电场增强,多子的扩散电流近似为零。建电场增强,多子的扩散电流近似
12、为零。l反向电流很小,它由少数载流子形成,与少反向电流很小,它由少数载流子形成,与少子浓度成正比。子浓度成正比。l少子少子的值与外加电压无关,因此反向电流的的值与外加电压无关,因此反向电流的大小与反向电压大小基本无关,故称为反向大小与反向电压大小基本无关,故称为反向饱和电流。饱和电流。l温度升高时,少子值迅速增大,所以温度升高时,少子值迅速增大,所以PN结结的反向电流受温度影响很大。的反向电流受温度影响很大。PN结的反向击穿结的反向击穿 l 加大加大PN结的反向电压结的反向电压到某一值时,反向电到某一值时,反向电流突然剧增,这种现流突然剧增,这种现象称为象称为PN结击穿,发结击穿,发生击穿所需
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