《电子技术基础（模拟部分）》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 半导体二极管及其基本电路

2半导体二极管 及其基本电路 21平导体的基本知识 22PN结的形成及特性 23半导体二极管 24二极管基本电路及其分析方法 25特殊二极管

2 半导体二极管 及其基本电路 2.1 半导体的基本知识 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及其分析方法 2.5 特殊二极管 2.2 PN结的形成及特性

教学内容: 本章首先简单介绍半导体的基本知识,着 重讨论半导体器件的核心环节一P结,并重点 讨论半导体二极管的物理结构、工作原理、特 性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分 析方法与应用;在此基础上对齐纳二极管、变 容二极管和光电子器件的特性与应用也给予了 简要的介绍

2 教学内容： 本章首先简单介绍半导体的基本知识，着 重讨论半导体器件的核心环节--PN结，并重点 讨论半导体二极管的物理结构、工作原理、特 性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分 析方法与应用；在此基础上对齐纳二极管、变 容二极管和光电子器件的特性与应用也给予了 简要的介绍

教学要求: 本章需要重点掌握二极管模型及其电 路分析,特别要注意器件模型的使用范围 和条件。对于半导体器件,主要着眼于在 电路中的使用,关于器件内部的物理过程 只要求有一定的了解

3 教学要求： 本章需要重点掌握二极管模型及其电 路分析，特别要注意器件模型的使用范围 和条件。对于半导体器件，主要着眼于在 电路中的使用，关于器件内部的物理过程 只要求有一定的了解

21半导体的基本知识 211半导体材料 212半导体的共价键结构 213本征半导体 214杂质半导体 半导体导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅S和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 导电的 其能力容易受环境因素影响 重要特点 (温度、光照等 2、掺杂可以显著提高导电能力

4 2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体 半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 导电的 重要特点 1、其能力容易受环境因素影响 （温度、光照等） 2、掺杂可以显著提高导电能力

212半导体的共价键结构 两个价电子的 共价键 +4 +4 原子结构)。·。(正离子核 简化模型 213本征半导体一完全纯净、结构完整的半导体晶体。 在T=0K和无外界激发时,没有载流子,不导电 ▲

5 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 2.1.2 半导体的共价键结构 原子结构 简化模型 2.1.3 本征半导体 — 完全纯净、结构完整的半导体晶体。 在T=0K和无外界激发时，没有载流子，不导电 两个价电子的 共价键 正离子核

213本征半导体、空穴及其导电作用 自由电子 温度↑ 光照 +4 +4)空穴 本征激发 由热激发或光照而产生 自由电子和空穴对。 +4 +4 空穴 共价键中的空位 +4 +4)o +4)● 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。 温度个→载流子浓度↑ ▲

6 2.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 温度 光照 自由电子 空穴 本征激发 空穴 ——共价键中的空位 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。 由热激发或光照而产生 自由电子和空穴对。 温度 → 载流子浓度 ＋

:::● ;o::◎ 兴半导体导电特点1:其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑

7 *半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑

214杂质半导体 P型半导体 N型半导体 掺入三价杂质元素(如硼) 掺入五价杂质元素(如磷) 4 受主原子 +4 施主正离子 图215P型干导体的共价结构 图216N型半导体的共价键结构 空穴=多子一它主要由杂质原子提供→自由电子=多 自由电子=少子 由热激发形成 空穴 少子 空间电荷

2.1.4 杂质半导体 N型半导体 掺入五价杂质元素（如磷） P型半导体 掺入三价杂质元素（如硼） 自由电子 ＝ 多子 空穴 ＝ 少子 空穴 ＝ 多子 自由电子 ＝ 少子 由热激发形成 它主要由杂质原子提供 空间电荷

杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大 的影响,一些典型的数据如下: ①7=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n=p=1.4×1010/cm3 ②掺杂后N型半导体中的自由电子浓度 n=5×1016/cm3 ③本征硅的原子浓度:496×102m3 以上三个浓度基本上依次相差10cm3

9 掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106 /cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 杂质对半导体导电性的影响

本节中的有关概念 六半导体导电特点1: 其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ 本征半导体、本征激自由电子 复合 空 半导体导电特点2:掺杂可以显著提高导电能力 N型半导体、施主杂质(5价 杂质半导P型半导体、受主杂质(3价 多数载流子、少数载流子 10

10 • 本征半导体、本征激发 本节中的有关概念 自由电子 空穴 N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价) • 多数载流子、少数载流子 •杂质半导体 复合 *半导体导电特点1： 其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ *半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力