高职系列教材《电工学与工业电子学》课程教学资源（PPT课件）第7章 半导体二极管与整流滤波电路

第7章半导体二极管与整流滤波电路 7,1半导体的基本知迟 7,2PN结及其特性 73半导体二极管 74_特殊二极管 75整流电路 7.6滤波电路 7,7硅稳压管稳压电路 返回主目录

第 7 章 半导体二极管与整流滤波电路 7.1 半导体的基本知识 7.2 PN结及其特性 7.3 半导体二极管 7.4 特殊二极管 7.5 整流电路 7.6 滤波电路 7.7 硅稳压管稳压电路 返回主目录

第⑦章半导体二极管与整流滤波电路 71半导体的基本知识 711半导体的概念 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。自 然界中不同的物质,由于其原子结构不同,因而导电能力也 各不相同。根据导电能力的强弱,可以把物质分成导体、半 导体和绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间, 如硅、锗、砷化镓以及金属氧化物和硫化物等都是半导体

第 7 章半导体二极管与整流滤波电路 7.1 7.1.1 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。自 然界中不同的物质，由于其原子结构不同，因而导电能力也 各不相同。根据导电能力的强弱，可以把物质分成导体、半 导体和绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间， 如硅、 锗、 砷化镓以及金属氧化物和硫化物等都是半导体

712半导体的特性 1.热敏性 半导体对温度很敏感。例如纯锗,温度每升高10℃,它的 电阻率就会减小到原来的一半左右。由于半导体的电阻对温 度变化的反应灵敏,而且大都具有负的电阻温度系数,所以 人们就把它制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感 器和能迅速测量物体温度变化的半导体点温计等。 2.光敏性 与金属不同,半导体对光和其它射线都很敏感。例如 种硫化镉半导体材料,在没有光照射时,电阻高达几十兆欧; 受到光照射时,电阻可降到几十千欧,两者相差上千倍

7.1.2半导体的特性 1. 热敏性 半导体对温度很敏感。例如纯锗，温度每升高10℃, 它的 电阻率就会减小到原来的一半左右。由于半导体的电阻对温 度变化的反应灵敏，而且大都具有负的电阻温度系数，所以 人们就把它制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感 器和能迅速测量物体温度变化的半导体点温计等。 2. 光敏性 与金属不同，半导体对光和其它射线都很敏感。例如一 种硫化镉半导体材料，在没有光照射时，电阻高达几十兆欧; 受到光照射时，电阻可降到几十千欧，两者相差上千倍

利用半导体的这种光敏特性可以制成光敏电阻、光电二 极管、光电三极管以及太阳能电池等 3.掺杂性 半导体对杂质很敏感。在纯净半导体中掺进微量的某种 杂质,对其导电性能影响极大。例如,在纯净硅中掺入百万 分之一的硼,可使其导电能力增加几十万倍以上

利用半导体的这种光敏特性可以制成光敏电阻、光电二 极管、光电三极管以及太阳能电池等。 3. 半导体对杂质很敏感。在纯净半导体中掺进微量的某种 杂质，对其导电性能影响极大。例如，在纯净硅中掺入百万 分之一的硼， 可使其导电能力增加几十万倍以上

三、价电子与半导体的共价键结构 1.价电子 自然界的一切物质都是由原子组成的,而原子又是由 个带正电的原子核与若干个带负电的电子所组成的。电子分 层围绕原子核作不停的旋转运动,其中内层的电子受原子核 的吸引力较大,外层电子受原子核的吸引力较小,外层电子 的自由度较大,因此外层的电子如果获得外来的能量,就容 易挣脱原子核的束缚而成为“自由电子”。我们把最外层的 电子叫做价电子。在电子器件中,用得最多的半导体材料是 硅和锗,它们的原子结构如图7-1所示。硅和锗都是四价元 素,其原子最外层轨道上都具有4个价电子

三、 1. 价电子 自然界的一切物质都是由原子组成的，而原子又是由一 个带正电的原子核与若干个带负电的电子所组成的。电子分 层围绕原子核作不停的旋转运动，其中内层的电子受原子核 的吸引力较大，外层电子受原子核的吸引力较小，外层电子 的自由度较大，因此外层的电子如果获得外来的能量，就容 易挣脱原子核的束缚而成为“自由电子” 。我们把最外层的 电子叫做价电子。在电子器件中，用得最多的半导体材料是 硅和锗，它们的原子结构如图7 - 1 所示。硅和锗都是四价元 素， 其原子最外层轨道上都具有 4 个价电子

+32 图7-1原子结构示意图

图 7 - 1原子结构示意图 (a) (b) S i ＋ 14 Ge ＋ 32

价电子的数目越接近8个,物质的化学结构也就越稳固 对于金属材料,其价电子一般少,因此金属中的价电子很容 易变成自由电子,所以,金属是良导体;对于单质绝缘体, 其价电子数一般多于4个,因此绝缘体中的价电子均被原子 核牢牢地吸引着,很难形成自由电子,所以不能导电;对于 半导体来说,原子的价电子数为4个,其原子的外层电子既 不像金属那样容易挣脱岀来,也不像绝缘体那样被原子核紧 紧束缚住,因此半导体的导电性能就比较特殊

价电子的数目越接近8个，物质的化学结构也就越稳固。 对于金属材料，其价电子一般少，因此金属中的价电子很容 易变成自由电子，所以, 金属是良导体；对于单质绝缘体， 其价电子数一般多于4个，因此绝缘体中的价电子均被原子 核牢牢地吸引着，很难形成自由电子，所以不能导电；对于 半导体来说，原子的价电子数为4个，其原子的外层电子既 不像金属那样容易挣脱出来，也不像绝缘体那样被原子核紧 紧束缚住，因此半导体的导电性能就比较特殊

2.半导体的共价键结构 半导体一般都是晶体结构,最常见的半导体材料是硅和锗 当硅或锗被制成单晶体时,其原子有序排列,每个原子最外 层的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相 邻的4个原子发生联系。这时,每两个相邻原子之间都共用 一对电子,使相邻两原子紧密地连在一起,形成共价键结构, 如图7-2所示

2. 半导体的共价键结构 半导体一般都是晶体结构, 最常见的半导体材料是硅和锗。 当硅或锗被制成单晶体时，其原子有序排列，每个原子最外 层的 4 个价电子不仅受自身原子核的束缚，而且还与周围相 邻的 4 个原子发生联系。这时，每两个相邻原子之间都共用 一对电子，使相邻两原子紧密地连在一起，形成共价键结构， 如图 7 - 2 所示

炽的局部结构 两个电子 的共价键 正离子核 图7-2硅和锗的共价键结构 (a)硅(Si);(b)锗(Ge)

图 7-2 (a) 硅(Si); (b) 锗(Ge) ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 正离子核 大块晶体中 的局部结构 两个电子 的共价键

7.14本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体,称为本征半导体。当 本征半导体的温度升高或受到光线照射时,其共价键中的价 电子就从外界获得能量。由于半导体原子外层的电子不像绝 缘体那样被原子核紧紧地束缚着,因此就有少量的价电子在 获得足够能量后,挣脱原子核的束缚而成为自由电子,同时 在原来共价键上留下了相同数量的空位,这种现象称为本征 激发。在本征半导体中,每激发出来一个自由电子,就必然 在共价键上留下一空位,我们把该空位称为空穴,由于空穴 失去电子,因而空穴带正电。可见自由电子和空穴总是成 对出现的,我们称之为电子空穴对,如图7-3所示

7.1.4本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体，称为本征半导体。当 本征半导体的温度升高或受到光线照射时，其共价键中的价 电子就从外界获得能量。由于半导体原子外层的电子不像绝 缘体那样被原子核紧紧地束缚着，因此就有少量的价电子在 获得足够能量后，挣脱原子核的束缚而成为自由电子，同时 在原来共价键上留下了相同数量的空位，这种现象称为本征 激发。在本征半导体中，每激发出来一个自由电子，就必然 在共价键上留下一空位，我们把该空位称为空穴，由于空穴 失去电子， 因而空穴带正电。 可见自由电子和空穴总是成 对出现的， 我们称之为电子-空穴对， 如图 7 - 3 所示