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模拟电子技术基础
半导体二极管及其应用
半导体材料主要特点：
导电性能介于导体和绝缘体之间
导电能力在外界光和热的刺激下会发生很大变化
导电能力在掺入微量杂质后会发生很大变化
载流子：可以自由移动的带电粒子。材料的电导率与单位体积中的载流子数目成正相关。
本征半导体(Intrinsic)：完全纯净、结构完整的半导体晶体。（硅、锗）
T=0K和无外界因素激发时，本征半导体中的价电子被共价键所束缚，无载流子存在，相当于绝缘体。
本征激发：价电子获得足够能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子的过程。
复合：电子填入空穴成为价电子，同时释放出相应的能量的过程。
空穴：价电子挣脱共价键留下的空位。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
空穴和自由电子是本征半导体的两种载流子。它们总是成对出现，因此称为
电子—空穴对（浓度与温度相关）。
任何情况下，本征半导体电子浓度和空穴浓度相等：n
在一定温度下，当没有其他能量存在时，电子—空穴对的产生和复合最终会达到动态平衡，使本征半导体中载流子浓度一定。
在外电场作用下，本征半导体的电流时电子电流和空穴电流之和。
杂质半导体：掺入杂质的半导体。
N型半导体（Negative）：本征半导体中掺入少量五价元素。
室温下几乎每个杂质原子（施主原子Donor）都能提供一个自由电子，从而使N型半导体的自由电子数大大增加，失去电子的施主原子称为施主正离子。
施主正离子被束缚在晶格中，不能自由移动，所以不能参与导电。
P型半导体（Positive）：本征半导体中掺入少量三价元素。
杂质原子（受主原子Acceptor）接受价电子，从而使P型半导体的空穴浓度大大增加，得到电子的受主原子称为受主负离子。
受主负离子不参加导电。
杂质半导体中，多数载流子（多子）浓度近似与掺杂浓度相等，通过控制掺杂浓度可以严格控制其浓度，而少数载流子（少子）浓度与本征激发和复合有关，受温度影响很大。
在热平衡下，杂质半导体的两种载流子浓度的乘积恒等于本征载流子浓度的平方：n?
在同一块半导体材料中，既可以掺入施主杂质，也可以掺入受主杂质，两者的掺杂密度决定其成为P/N型半导体。
PN结：P型半导体和N型半导体结合在一起，在交界面处形成的一个很薄的特殊物理层
扩散运动：载流子由于浓度差从高浓度区域移向低浓度区域的运动，所形成的的电流称为扩散电流。扩散电流是半导体特有的。
漂移运动：载流子在电场作用下的运动，所形成的电流称为漂移电流。
P区失去空穴，N区失去电子，产生扩散电流，在交界面形成具有等量正、负离子的薄层，称为空间电荷区（就是PN结，也称为耗尽层、阻挡层或势垒区）。
由于空间电荷区的出现，在界面处形成一个N区指向P区的内电场。在内电场作用下，P区电子向N区漂移，N区空穴向P区漂移，产生和扩散电流反向的漂移电流。结果是耗尽层变窄，内电场减弱。
PN结形成初期，扩散运动占优势，随着扩散的进行，内电场增强，漂移运动加强——多子的扩散和少子的漂移相互制约，最终两者达到动态平衡，通过界面的净载流子数为零，PN结总电流为零，耗尽层宽度保持不变，内电场电势差保持不变，PN结形成。
载流子的扩散和漂移是一对矛盾的运动方式：扩散使空间电荷区变宽，内电场增加，对多子的扩散阻力增加，利于少子的漂移；漂移使空间电荷区变窄，内电场减小，对少子的漂移阻力增加，利于多子的扩散。
P区和N区的杂质浓度相等时，PN结正、负离子区的宽度相等，称为对称结。当两边浓度不相等时，称为不对称结，用P+N、
PN结单向导电性：正向偏置导通，反向偏置截止
PN结外加正向电压：P区接电源正极，N区接电源负极
PN结正向偏置，外电场与内电场反向，使内电场减弱，空间电荷区变窄，对多子的扩散的阻力减小，从而扩散运动增强，扩散电流占主导地位。
在外电路中形成流入P区的正向电流IF
正向偏置的PN结表现为小电阻的特性。
PN结外加反向电压：P区接电源负极，N区接电源正极
PN结反向偏置，外电场与内电场同向，使内电场增强，空间电荷区变宽，阻止了多子的扩散运动，增强了少子的漂移运动。
在外电路中形成流入N区的反向饱和电流IS
PN结反向偏置时表现为大电阻的特性。
由于PN结是由空间电荷构成的，几乎没有载流子，电阻率很高，而P、N区相对电阻率较低，所以外加电压几乎全部落在PN结上，形成于内电场反向的外电场。
PN结伏安特性：
i=ISe
反向饱和电流IS与PN结材料、制作工艺、温度有关；常温（T=300K）下，UT
伏安特性曲线
PN结反向击穿：PN结的外加反向电压增大到一定值UBR
电击穿：PN结的发热不超过额定耗散功率，则反向偏执电压消除后，PN结仍可正常使用
齐纳击穿：PN结反向偏置电压（大约2×105V/cm）足够大时，电场可以直接破坏共价键，产生大量电子—空穴对，致使反向电流急剧增