二极管及其基本电路解析.pptx

二极管及其基本电路解析会计学第1页/共81页上次课简单回顾? 在自然界中，存在着各种各样的物理量，其中一类物理量的变化在时间上和数值上都是连续的，称为模拟量。例如温度、压力、交流电压等是典型的模拟量。表示模拟量的信号叫做模拟信号，人们为了改造和征服自然就学要多这些模拟量进行采集、处理和反馈，我们把传送、变换、处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，大家熟悉的各种放大电路就是典型的模拟电路。 那么这些微弱的模拟量是怎样采集、放大和处理的呢？要用到什么样的材料和处理方法呢？ ?第2页/共81页3 二极管及其基本电路3.1 半导体的基本知识3.2 PN结的形成及特性3.3 半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管第3页/共81页3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体第4页/共81页 3.1.1 半导体材料在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为导体、绝缘体和半导体。如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等等如：金属典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。第5页/共81页第6页/共81页硅原子和锗原子的结构Ge+4Si 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的导电性能是由其原子结构决定的。为方便起见，常表示如下：硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。第7页/共81页 3.1.2 半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构第8页/共81页由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对 3.1.3 本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。第9页/共81页+4+4+4+4词条： 本征半导体定义：纯净的、不含其他杂质的半导体。在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚其中，不能成为自由电子，此时本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。T=0K时本征半导体结构图： 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。第10页/共81页第11页/共81页+4+4+4+4温度升高后，比如室温下本征半导体结构图自由电子空穴第12页/共81页所谓本征激发，就是由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子—空穴对的过程。+4+4+4+4温度导致的本征激发电子空穴对这一现象称为本征激发，也称热激发。第13页/共81页复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。+4+4+4+4在一定温度下，本征激发与复合这二者产生的电子－空穴对数目相等，达到一种动态平衡。电子空穴对第14页/共81页注意：在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，故在任何时候，本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。+4+4+4+4电子空穴对E第15页/共81页－＋电 子 流空 穴 流自由电子——带负电荷，形成电子流两种载流子空穴——视为带正电荷，形成空穴流本征半导体的导电机制自由电子本征半导体中产生电流的根本原因：共价键中空穴的出现。+4+4空穴+4+4空穴越多，载流子数目就越多，形成的电流就越大。E第16页/共81页－＋电 子 流空 穴 流自由电子本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。+4+4空穴+4+4自由电子——带负电荷，形成电子流两种载流子空穴——视为带正电荷，形成空穴流第17页/共81页第18页/共81页 3.1.4 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，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或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。第19页/共81页在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。空穴（P）型半导体【Positive】因掺入杂质性质不同，可分为：电子（N）型半导体【Negative】第20页/共81页 3.1.4 杂质半导体 1. N型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。第21页/共81页N型半导体的结构图+4+4+5+4N型半导体 在硅（或锗）的晶体中掺入少量5价杂质元素，如磷