模电02、半导体二极管及其应用电路.ppt
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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子教案电子教案 V1.0陈大钦 主编华中科技大学电信系1模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1章章 绪论绪论第第2章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路第第3章章 半导体三极管及其放大电路基础半导体三极管及其放大电路基础第第4章章 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础第第5章章 信号运算电路信号运算电路第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路第第7章章 信号处理与产生电路信号处理与产生电路第第8章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路第第9章章 功率放大电路功率放大电路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第
2、11章章 直流电源直流电源22 2 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路2.1 PN结的基本知识2.2 半导体二极管2.3 二极管应用电路2.4 特殊二极管32.1 PN结的基本知识结的基本知识2.1.1 本征半导体及其导电性本征半导体及其导电性2.1.2 杂质半导体杂质半导体2.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性2.1.4 PN结电容结电容半导体半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间导电特性介于导体和绝缘体之间典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。导电的导电的导电的导电的重要特点重要特点重要特点重要特点1、其能力容易受环境因素
3、影响(、其能力容易受环境因素影响(温度温度、光照等)、光照等)2、掺杂可以显著提高导电能力、掺杂可以显著提高导电能力原子结构原子结构简化模型简化模型4图图2.1.1 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构2.1.1 本征半导体及其导电性本征半导体及其导电性2.1 PN结的基本知识结的基本知识1.本征半导体本征半导体 完全完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯净、结构完整的半导体晶体。在在T=0K和无外界激发时,没有和无外界激发时,没有载流子载流子,不导电,不导电原子结构原子结构简化模型简化模型5温度温度 光照光照自由电子自由电子空穴空穴本征激发本征激发空穴空穴 共价键中的空位共价键中的空位空
4、穴的移动空穴的移动空穴的运空穴的运动是靠相邻共价键中的价电动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。子依次充填空穴来实现的。由热激发或光照而产生由热激发或光照而产生自由电子和空穴对自由电子和空穴对。温度温度 载流子载流子浓度浓度 2.1.1 本征半导体及其导电性本征半导体及其导电性2.1 PN结的基本知识结的基本知识2.本征激发本征激发复合复合本征激发的逆过程本征激发的逆过程载流子载流子:自由移动带电粒子自由移动带电粒子61.N型半导体型半导体 掺入少量的五价元素磷掺入少量的五价元素磷P2.P型半导体型半导体 2.1.2 杂质半导体杂质半导体2.1 PN结的基本知识结的基本知识图图2.1
5、.4 P型半导体的共价键结构型半导体的共价键结构掺入少量的三价元素硼掺入少量的三价元素硼B 自由电子是多数载流子(简称多子)自由电子是多数载流子(简称多子)空穴是少数载流子(简称少子)空穴是少数载流子(简称少子)空穴是多数载流子空穴是多数载流子自由电子为少数载流子。自由电子为少数载流子。空间电荷空间电荷7 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大的影响,一些典型的数据如下的影响,一些典型的数据如下:T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度:4.961022/cm3
6、3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3杂杂质对半导体导电性的影响质对半导体导电性的影响8 本征半导体、本征激发本征半导体、本征激发本节中的有关概念本节中的有关概念自由电子自由电子空穴空穴N型半导体、施主杂质型半导体、施主杂质(5价价)P型半导体、受主杂质型半导体、受主杂质(3价价)多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子杂质半导体杂质半导体复合复合*半导体导电特点半导体导电特点1:其能力容易受温度、光照等环境因素影响其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度温度载流子浓
7、度载流子浓度导电能力导电能力*半导体导电特点半导体导电特点2:掺杂可以显著提高导电能力:掺杂可以显著提高导电能力91.浓度差浓度差多子的多子的扩散扩散运动运动2.扩散扩散空间电荷区空间电荷区内电场内电场3.内电场内电场少子的少子的漂移漂移运动运动 阻止阻止多子的多子的扩散扩散4、扩散与漂移达到、扩散与漂移达到动态平衡动态平衡载流子的载流子的运动:运动:扩散扩散运动运动浓度差产生的载流子移动浓度差产生的载流子移动漂移漂移运动运动在电场作用下,载流子的移动在电场作用下,载流子的移动P区区N区区扩散:空穴扩散:空穴电子电子漂移:电子漂移:电子空穴空穴形成过程可分成形成过程可分成4步步(动画动画)内电
8、场内电场2.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性1.PN结的形成结的形成 10PN结形成的物理过程:结形成的物理过程:因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面,离子薄层型半导体结合面,离子薄层形成的形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称在空间电荷区,由于
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- 02 半导体 二极管 及其 应用 电路
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