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二极管知識簡介 Diode Introduction 內容大綱: § 1.1 半导体的基本知识 § 1.2 PN 结及半导体二极管 § 1.3 特殊二极管 在一定正向電流下的正向電壓UF 在一定反向電壓和溫度下的反向電流IR 在一定反向電壓下的耗盡層電容C 在一定條件下的反向延遲時間trr 耗盡層與周圍空氣之間的熱阻RthU §1.3 特殊二极管 1.3.1 開關二极管(Switching Diode , Schottky Diode ) 在数字电路中经常将半导体二极管作为开关元件来使用，因为二极管具有单向导电性，可以相当于一个受外加偏置电压控制的无触点开关。 如图2所示，为监测发电机组工作的某种仪表的部分电路。其中Us是需要定期通过二极管VD加入记忆电路的信号，Ui为控制信号。 当控制信号Ui=10 V时，VD的负极电位被抬高，二极管截止，相当于“开关断开”，Us不能通过VD；当Ui=0V时，VD正偏导通，Us可以通过VD加入记忆电路。此时二极管相当于“开关闭合”情况。这样，二极管VD就在信号Ui的控制下，实现了接通或关断Us信号的作用。 圖 2 極限參數和特徵參數: 1.反向電壓UR 2.正向電流IF 重要的極限參數有: 3.耗散功率Ptot 重要的特徵參數有: 1.正向恢復時間Tfr:又稱接通時間,它是消除耗盡層所需的時間. 2.反向恢復時間Trr:又稱斷開時間,它是耗盡層形成的時間. 3.電容Cj 4.反向電流IR * * * 製作人:伍麗紅 Nov.28th 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 1.1.1 导体、半导体和绝缘体 §1.1 半导体的基本知识 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。 1.1.2 本征半导体 一、本征半导体的结构特点 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 圖中,實線圓表示位於原子中心的原子核;虛線圓上的黑點表示核外按層次排布的電子;虛線圓表示電子圍繞原子核運動的軌跡.原子核與電子都帶電.電子帶負電,原子核帶正電. 本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。 硅和锗的晶体结构： 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 硅和锗的共价键结构 +4 +4 +4 +4 +4表示除去价电子后的原子 共价键共 用电子对 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 +4 +4 +4 +4 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 SMT類 DIP類 二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 0攝氏度=273k. 0 k = -273攝氏度 +4 +4 +4 +4 束缚电子 自由电子 空穴 2.本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 +4 +4 +4 +4 在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 1.1.3 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）