《第9章二极管和晶体管》-课件.ppt

9.5.1发光二极管 9.5.2光电二极管 9.5 光电器件 * 第9章 二极管和晶体管 第9章 二极管和晶体管 9.2 二极管 9.3 稳压二级管 9.4 晶体管 9.1 半导体的导电特性 9.5 光电器件 第9章 二极管和晶体管 9.1半导体的导电特性 本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 9.1.1 本征半导体 自由电子 空穴 共价键 Si Si Si Si 本征半导体中自由 电子和空穴的形成 用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。在获得一定能量（热、光等）后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中就留下一个空位，称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现,同时又不断复合。 在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流。 可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。 空穴移动方向 电子移动方向 外电场方向 Si Si Si Si Si Si Si 9.1.2 N半导体和P型半导体 1 . N 型半导体 在硅或锗的晶体中 掺入五价元 素磷,当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为N型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si P 多余价电子 本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质（某种元素）将使其导电能力大大增强。 2. P型半导体 在硅或锗的晶体中 掺入三价元 素硼,在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为P型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si B 空位 B 空穴 价电子填补空位 9.1.3 PN 结及其单向导电性 1. PN 结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN。 P 区 N 区 N区的电子向P区扩散并与空穴复合 PN结 内电场方向 2 . PN 结的单向导电性 （1）外加正向电压 内电场方向 E 外电场方向 R I P 区 N 区 外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷 N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷 空间电荷区变窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流 P 区 N 区 内电场方向 E R 空间电荷区变宽 外电场方向 IR 2. 外加反向电压 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 少数载流子越过PN结形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行 9.2 二极管 9.2.1 基本结构 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 点接触型 表示符号 正极 负极 金锑合金 面接触型 N型锗 正极引线 负极引线 PN结 底座 铝合金小球 引线 触丝 N型锗 外壳 9.2.2 伏安特性 二极管和PN结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V。导通时的正向压降，硅管约为0.6V~0.7V。 60 40 20 – 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 –25 –50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反向特性 在二极管上加反向电压时,反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压U（BR） I / mA U / V 0.2 0.4 – 25 – 50 5 10 15 –0.01 –0.02 锗管的伏安特性 0 锗管死区电压为0.1V,导通时的正向压降为0.2～0.3V 9.2.3 主要参数 最大整流电流IOM 最大整流电流是指二极管长时间