二极管与三极管PPT讲稿.ppt
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1、二极管与三极管第1页,共56页,编辑于2022年,星期四7-1.半导体的导电特性半导体的导电特性7-2.半导体二极管半导体二极管7-3.稳压管稳压管7-4.半导体三极管半导体三极管第2页,共56页,编辑于2022年,星期四导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体:导体:自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体,金属一般都,金属一般都是导体。是导体。绝缘体:绝缘体:有的物质几乎不导电,称为有的物质几乎不导电,称为绝缘体绝缘体,如橡皮、陶瓷、,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。塑料和石英。半导体:半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之另有一类物质的导电特性处于导体和绝
2、缘体之间,称为间,称为半导体半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。物、氧化物等。7-1.半导体的导电特性半导体的导电特性第3页,共56页,编辑于2022年,星期四半导体半导体-导电能力介于导体和半导体之间的材料。导电能力介于导体和半导体之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性:半导体材料的特性:1.纯净半导体的导电能力很差;纯净半导体的导电能力很差;2.温度升高温度升高导电能力增强;导电能力增强
3、;3.光照增强光照增强导电能力增强;导电能力增强;4.掺入少量杂质掺入少量杂质导电能力增强。导电能力增强。第4页,共56页,编辑于2022年,星期四完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体一、本征半导体最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素四价元素,每个原子最外层电子数为 4。+SiGe第5页,共56页,编辑于2022年,星期四完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体
4、中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子相邻原子由外层电子形成共价键共价键第6页,共56页,编辑于2022年,星期四 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量(温度价电子在获得一定能量(温度价电子在获得一定能量(温度价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原升高或受光照)后,即可挣脱原升高或受光照)后,即可
5、挣脱原升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,成为子核的束缚,成为子核的束缚,成为子核的束缚,成为自由电子自由电子自由电子自由电子(带(带(带(带负电),同时共价键中留下一个空负电),同时共价键中留下一个空负电),同时共价键中留下一个空负电),同时共价键中留下一个空位,称为位,称为位,称为位,称为空穴空穴空穴空穴(带正电)(带正电)(带正电)(带正电)。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴温度愈高,晶体中产生的自温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。由电子便愈多。自由电子自由电子在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用
6、下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。的运动(相当于正电荷的移动)。第7页,共56页,编辑于2022年,星期四 当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分电流分电流分电流分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流
7、注意:注意:注意:注意:(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;(2)温度愈高,温度愈高,温度愈高,温度愈高,载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定
8、空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。流子便维持一定的数目。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理第8页,共56页,编辑于2022年,星期四 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为量增加,自由电子导电成为量增加,自由电子导电成为量增加,自由电子导电成为这种半导体的
9、主要导电方式,这种半导体的主要导电方式,这种半导体的主要导电方式,这种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导型半导体。体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半形成杂质半形成杂质半形成杂质半导体。导体。导体。导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是多自由电子是多自由电子是多自由电子
10、是多数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。数载流子,空穴是少数载流子。二.N型半导体和P型半导体第9页,共56页,编辑于2022年,星期四 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式,称为空穴半导体或式,称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数载空穴是多数载空穴是多数载空穴是多数载流子,自由电子是少数载流子。流子,自由电子是少数载流子
11、。流子,自由电子是少数载流子。流子,自由电子是少数载流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。第10页,共56页,编辑于2022年,星期四 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 (a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度)有关。温度)有关。温度)有关。温度)有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 (a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度)有关。温度)有关
12、。3.3.当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量 (a.减少、减少、b.不变、不变、c.增多)。增多)。增多)。增多)。a ab bc 4.4.在外加电压的作用下,在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ,N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。(a.电子电流、电子电流、b.空穴电流)空穴电流)b ba思考思考思考思考第11页,共56页,编辑于2022年,星期四三、PN结的形成PN空间电荷区空间电荷区P区区N区区多数
13、载流子将扩散扩散形成耗尽层;耗尽层;耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电荷区;空间电荷区;(内电场)一块晶片的两边分别为P型半导体和N型半导体。内电场内电场阻碍了多子的继续扩散。第12页,共56页,编辑于2022年,星期四空间电荷区空间电荷区P区区N区区载流子的运动有两种形式:扩散扩散 由于载流子浓度梯度浓度梯度引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动。漂移漂移 载流子受电场作用电场作用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最后达到一种动态平衡,这样的耗尽层就是PN结结。PN结内电场内电场的的方向方向由N区指向P区。第13页,共56页,编辑于2022年,星期四多子的扩散运
14、动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强,漂移运动内电场越强,漂移运动内电场越强,漂移运动内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷越强,而漂移使空间电荷区变薄。区变薄。区变薄。区变薄。扩散的结果使空间电荷扩散的结果使空间电荷区变宽。区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达
15、到动态平衡,空间电荷区衡,空间电荷区衡,空间电荷区衡,空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区一、PN结的形成第14页,共56页,编辑于2022年,星期四 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被削内电场被削弱,多子的弱,多子的扩散加强,扩散加强,形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时,结加正向电压时,结加正向电压时,结加正向电压时,PN结变窄,正向电流较大
16、,正结变窄,正向电流较大,正结变窄,正向电流较大,正结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,向电阻较小,向电阻较小,向电阻较小,PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+第15页,共56页,编辑于2022年,星期四2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+第16页,共56页,编辑于2022年,星期四PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压
17、(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)外电场外电场外电场外电场 内电场被加强,内电场被加强,少子的漂移加强,少子的漂移加强,由于少子数量很由于少子数量很少,形成很小的少,形成很小的反向电流。反向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。+PN 结加反向电压时,结加反向电压时,PNPN结变宽,反向电流较小,反结变宽,反向电流较小,反向电阻较大,向电阻较大,PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第17页,共
18、56页,编辑于2022年,星期四1.1.点接触型点接触型2.面接触型面接触型结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、结面积小、结电容小、正向电流小。用于检正向电流小。用于检正向电流小。用于检正向电流小。用于检波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。波和变频等高频电路。结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大,用结电容大,用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。3.3.平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小,结结面积可大可小,用于高频整流和开关
19、电路中。用于高频整流和开关电路中。7-2.半导体二极管半导体二极管一一、二极管的结构和分类二极管的电路符号:二极管的电路符号:PN第18页,共56页,编辑于2022年,星期四阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线 面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳
20、极阳极 符号符号D第19页,共56页,编辑于2022年,星期四二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性硅管硅管0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿,失去电压二极管被击穿,失去电压二极管被击穿,失去电压二极管被击穿,失去单向导电性。单向导电性。单向导电性。单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点:非线性特点:非线性硅硅0 0.60.8V锗锗0.2.20.3
21、VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。第20页,共56页,编辑于2022年,星期四三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是是保证二极管不被击
22、穿而给出的反向峰值电压,一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压U UBR的一半或三分之二。二极管击穿的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。后单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大,说明管子的单向导电性差,电流大,说明管子的单向导电性差,I IRM受温度的影响,受温度的影响,受温度的影响,受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反温度越
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