晶體二極管最新課件

1、晶體二極管PPT課件 (2)概述 l 在現(xiàn)代電子設(shè)備中，廣泛地使用晶體二極管、晶體三極管和場效應(yīng)管。他們都是半導(dǎo)體器件，集成電路中的元、器件也是由半導(dǎo)體材料制成。l 本書首先討論半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識。l 本章重點是討論二極管的基本特性。 (a)晶體二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 (b)電路符號 第一章第一章 晶體二極管晶體二極管晶體二極管PPT課件 (2)11半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識 n導(dǎo)體為容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，如銀、銅、鋁等金屬。n 絕緣體為幾乎不傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，如橡膠、陶瓷、塑料等。n半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)等。 晶體二極管PPT課件 (2)1

2、-1-1 本征半導(dǎo)體（1）、本征半導(dǎo)體硅和鍺原子的簡化模型 將硅和鍺提純后制成晶體，其相鄰原子之間靠共價鍵結(jié)合，整塊晶體內(nèi)部晶格排列完全一致的晶體稱為單晶。硅和鍺的單晶稱為本征半導(dǎo)體，它是制造半導(dǎo)體器件的基本材料。 硅和鍺晶體共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖 晶體二極管PPT課件 (2)（2）、本征激發(fā)和復(fù)合 價電子從外界獲得能量，將掙脫共價鍵的束縛成為自由電子自由電子，簡稱為電子。同時，在共價鍵中留下了空位，稱為空穴空穴，（自由電子和空穴統(tǒng)稱為載流子載流子）這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā) 。本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子-空穴對 半導(dǎo)體的溫度特性。復(fù)合是激發(fā)的逆過程。晶體二極管PPT課件 (2)（3）、熱平衡載流子濃度 當(dāng)溫度

3、一定時，上述本征激發(fā)和復(fù)合在某一熱平熱平衡載流子濃度衡載流子濃度值 n i（單位體積內(nèi)的載流子數(shù)）上達(dá)到動態(tài)平衡。 其值隨溫度升高而迅速增大，在室溫附近，溫度每升高8時，硅的 n i 增加一倍、溫度每升高12時，鍺的 n i 增加一倍，近似計算時認(rèn)為溫度每升高近似計算時認(rèn)為溫度每升高10時時 n i 增大一倍增大一倍。利用這種特性，本征半導(dǎo)體可以制成熱敏元件熱敏元件。另外，光照增強時 n i 也增大，導(dǎo)電能力增強，利用這種特性，本征半導(dǎo)體可以制成光光敏元件敏元件。 晶體二極管PPT課件 (2)1-1-2 雜質(zhì)半導(dǎo)體（1）N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中，摻入少量的五價元素雜質(zhì)(磷、銻或砷等)則可使晶

4、體中的自由電子濃度大大增加，把這種半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體 。 自由電子稱為多數(shù)載流子，簡稱為多子多子；空穴稱為少數(shù)載流子，簡稱為少子少子。 晶體二極管PPT課件 (2)（2）、P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中，摻入少量的三價元素雜質(zhì)(硼、鎵、錮或鋁等)則可使晶體中的空穴濃度大大增加，把這種半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。 空穴稱為多數(shù)載流子，簡稱為多子多子；自由電子稱為少數(shù)載流子，簡稱為少子少子。晶體二極管PPT課件 (2)（3）、多子和少子熱平衡濃度多子濃度約等于摻雜濃度。當(dāng)溫度一定時，兩種載流子的熱平當(dāng)溫度一定時，兩種載流子的熱平衡濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度衡濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度值值n i

5、 的平方。的平方。雜質(zhì)補償雜質(zhì)補償晶體二極管PPT課件 (2)1-1-3 漂移和擴散（1）、在電場作用下，載流子將在熱騷動狀態(tài)下產(chǎn)生定向運動，稱為漂移運動。如形成回路，該運動產(chǎn)生的電流稱為，漂移電流。（2）、擴散運動由濃度差引起載流子的定向運動。晶體二極管PPT課件 (2)1-2 PN結(jié)PN結(jié)的制造方法是在一塊P(或N)型半導(dǎo)體中，用雜質(zhì)補償方法將其中的一半摻入五價(或三價)雜質(zhì)轉(zhuǎn)換成N(或P)型，另一半仍為P(或N)型，這種制造方法能夠保保持半導(dǎo)體內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的連續(xù)性持半導(dǎo)體內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。 晶體二極管PPT課件 (2)1-2-1 動態(tài)平衡下的PN結(jié)邊界濃度差，產(chǎn)生多子擴散運動兩邊的多

6、子邊擴散邊復(fù)合，空間電荷區(qū)出現(xiàn)，產(chǎn)生內(nèi)建電場。電場使少子產(chǎn)生漂移運動，抑制了多子的擴散運動多子擴散減弱，少子漂移增強，最終達(dá)到動態(tài)平衡晶體二極管PPT課件 (2)內(nèi)建電位差內(nèi)建電位差內(nèi)建電場產(chǎn)生的電位差稱為內(nèi)建電位差 VB 。Na為P型半導(dǎo)體摻雜濃度，Nd為N型半導(dǎo)體摻雜濃度VT 在常溫(T=300K)下約等于 26mV常溫時，鍺的VB 0.20.3V 硅的VB 0.50.7V溫度升高時，由于 n i 增大的影響比VT 大，所以 VB 將減小。通常溫度每升高 1, VB 約減小 2.5mV晶體二極管PPT課件 (2)1-2-2 PN結(jié)的伏安特性 （1 1）外加正向電壓）外加正向電壓 在PN結(jié)的

7、P區(qū)接直流電源V正極，N區(qū)接V負(fù)極，為加正向電壓(又稱為正向偏置，簡稱為正偏)。 內(nèi)電場E減弱，阻擋層寬度減小，利于多子擴散，正向電流I隨外加電壓的增加急速上升，PN結(jié)呈現(xiàn)為一個很小的電阻。 晶體二極管PPT課件 (2)（2）外加反向電壓 在PN結(jié)的P區(qū)接直流電源V負(fù)極，N區(qū)接V正極，為加反向電壓(又稱為反向偏置，簡稱為反偏)， PN 結(jié)反偏時，內(nèi)電場E增強，阻擋層寬度增大，只利于少子漂移。由于少子為本征激發(fā)產(chǎn)生，幾乎與外加電壓V 無關(guān)，在一定溫度下其數(shù)量是一定的，反向電流不隨外加電壓V 變化 ，稱為反向飽和電流，用IS 表示。在外加反向電壓時，PN 結(jié)呈現(xiàn)為一個很大的電阻。晶體二極管PPT課件 (2)（3）伏安特性 PN結(jié)的理想伏安特性方程為式中：q=1.61019庫侖，為電子的電荷量；k=1.381023焦?fàn)?K，為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕對溫度；VT=kT/q為熱電壓，在室溫(T300K或27)附近VT 0.026V=26mV 晶體二極管PPT課件 (2)理想PN結(jié)的伏安特性