《二极管工作原理》课件.ppt

1、第二章第二章 半导体器件半导体器件（二极管、三极管、场效应管）（二极管、三极管、场效应管）2.1 半导体基础知识半导体基础知识1.本征半导体和杂质半导体本征半导体和杂质半导体2.PN结的形成结的形成 3.PN结的单向导电原理结的单向导电原理2.2 半导体二极管半导体二极管4.二极管及其主要参数二极管及其主要参数5.稳压二极管稳压二极管2.3 半导体三极管半导体三极管6.三极管的结构三极管的结构2.1 半导体基础知识半导体基础知识半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的 物质，如锗、物质，如锗、硅、砷化镓和一些硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物

2、等。特点特点:1.受外界热和光的作用时，导电能力明显变化。受外界热和光的作用时，导电能力明显变化。2.纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。显改变。分类：本征半导体、杂质半导体分类：本征半导体、杂质半导体本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体。本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体。硅硅锗锗 如晶体如晶体硅和锗，硅和锗，它们的最外层电子都是四个。它们的最外层电子都是四个。1.本征半导体和杂质半导体本征半导体和杂质半导体4个价电子，恰好与个价电子，恰好与相邻相邻4个原子的价电个原子的价电子组成子组成4个共价键。个共价键。呈束缚状态呈束缚状态共价键

3、结构共价键结构+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴载流子载流子在本征半导体中掺入某些杂质，可使半导体的在本征半导体中掺入某些杂质，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导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为杂质杂质半导体半导体.1.N型半导体型半导体（Negative type 电子型半导体电子型半导体）掺入五价的元素掺入五价的元素(磷、砷、锑磷、砷、锑 )2.P型半导体型半导体（Positive type 空穴型半导体空穴型半导体）掺入掺入三价的元素（硼）三价的元素（硼）在硅或锗晶体中掺入少量的磷（五价

4、元素）在硅或锗晶体中掺入少量的磷（五价元素）+4+4+5+4磷原子磷原子自由电子自由电子空穴空穴+自由自由电子电子（多子）（多子）（少子）（少子）正离子正离子自由电子自由电子P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的硼（三价元素）在硅或锗晶体中掺入少量的硼（三价元素）+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子自由电子自由电子空穴空穴负离子负离子空穴空穴多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，少子的浓度主要取决于温度。少子的浓度主要取决于温度。P区区N区区+2.PN 结的形成结的形成多子扩散多子扩散复合复合形成形成空间电荷区空间电荷区PN结结内电场内电场有利少子有利少

5、子漂移漂移运动运动阻碍多子阻碍多子扩散运动扩散运动动态平衡动态平衡+E(耗尽层耗尽层)(阻挡层阻挡层)PN结中有两种运动结中有两种运动漂移运动：漂移运动：由电场作用引起的少子的运动由电场作用引起的少子的运动扩散运动：扩散运动：由载流子浓度差引起的多子的运动由载流子浓度差引起的多子的运动PN结的几种叫法结的几种叫法：空间电荷区：空间电荷区：留下的是不能运动的离子留下的是不能运动的离子耗尽层：耗尽层：多子扩散到对方被复合掉多子扩散到对方被复合掉阻挡层：阻挡层：形成的内电场阻止多子扩散形成的内电场阻止多子扩散运动运动3.PN结的单向导电原理结的单向导电原理PN结的动态平衡被打破结的动态平衡被打破内电

6、场被（内电场被（）空间电荷区变（空间电荷区变（）有利于（有利于（）扩散）扩散形成较（形成较（）扩散电流）扩散电流PN结处于（结处于（）状态）状态削弱削弱 薄薄多子多子 大大导通导通PN结的动态平衡被打破结的动态平衡被打破内电场被（）内电场被（）空间电荷区变（）空间电荷区变（）不利于（）扩散不利于（）扩散只形成（）漂移电流只形成（）漂移电流PN结处于（）状态结处于（）状态由于漂移电流（反向饱和电流）很小，可近似为零由于漂移电流（反向饱和电流）很小，可近似为零增强增强 厚厚多子多子很小很小截止截止 1.PN结正偏时，呈现低电阻，具有较大的正向结正偏时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，视为导通；

7、扩散电流，视为导通；2.PN结反偏时，呈现高电阻，具有很小的反向结反偏时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，近似截止；漂移电流，近似截止；由此可得出结论：由此可得出结论：PN结具有单向导电性结具有单向导电性.用于判断管子性用于判断管子性能能二极管的符号：二极管的符号：2.2 半导体二极管半导体二极管面接触型面接触型点接触型点接触型(只能通过较小只能通过较小的电流的电流)(可通过较大的电流可通过较大的电流)UI 死区死区 正向正向反向反向电压电压反向击穿电反向击穿电压压U(BR)外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小

8、电流很小硅管硅管00.5V锗管锗管00.1V导通压降导通压降:硅管硅管0.7V,锗管锗管0.2V反向饱和电流反向饱和电流(3)二极管的主要参数（自学）二极管的主要参数（自学）最大整流电流最大整流电流 IFM最高反向电压最高反向电压URM反向饱和电流反向饱和电流 IR最高工作频率最高工作频率fM 稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。它稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。的作用。+-UI UZ IZ曲线越陡，电曲线越陡，电压越稳定压越稳定。UZIZIZmaxIZmin反向电压在一定范围内变化时，反向电流很

9、小。反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流剧增，稳压管反向击穿。反向电流剧增，稳压管反向击穿。击穿后，电流虽大范围变化，击穿后，电流虽大范围变化，但稳压管两端电压变化很小但稳压管两端电压变化很小例例1：图中二极管的导通压降是：图中二极管的导通压降是0.7V，求，求UO。UO6V+_UO6V+_224UO=5.3 VUO=0.7 V二极管起钳位作用二极管起钳位作用例例2：下图中二极管均为锗管，判断图中的二：下图中二极管均为锗管，判断图中的二极管是导通还是截止，并求极管是导通还是截止，并求UO。UO6V导通，导通，UO=6.2 V

10、截止，截止，UO=5 V10VUO8V5V+例例3：二极管半波整流：二极管半波整流整流电路整流电路正半周：正半周：D1、D3 导通导通D2、D4 截止截止负半周负半周D2、D4导通导通D1、D3截止截止例例4：二极管全波整流：二极管全波整流 1947年年12月月23日美国贝尔实验室发明一个器件，日美国贝尔实验室发明一个器件，可以通过微弱电流控制大得多的电流，因而产生了放可以通过微弱电流控制大得多的电流，因而产生了放大效应。这个器件就是在科技史上具有划时代意义的大效应。这个器件就是在科技史上具有划时代意义的成果成果晶体管晶体管“献给世界的圣诞节礼物献给世界的圣诞节礼物”，“1956年诺贝尔物理年

11、诺贝尔物理”6.三极管的结构三极管的结构2.3 半导体三极管半导体三极管三极管的结构示意图三极管的结构示意图:BEC基极基极发射极发射极集电极集电极BEC基极基极发射极发射极集电极集电极NNPNPN型型PPNPNP型型collector base emmiterBECNNP基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高发射结发射结集电结集电结三极管具备电流放大作用的内部结构条件三极管具备电流放大作用的内部结构条件:下节课预习内容：下节课预习内容：2.3.2 三极管的电流放大原理三极管的电流放大原理2.3.3 三极管的共射特性曲线三极管的共射特性曲线2.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数作业：作业：P38 2-2，2-7