川北医学院：《模拟电子技术》课程电子教案（课件讲稿）第三章 二极管及其基本电路

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 二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管 川北医学院生物医学工程

3.1 半导体的基本知识 3.3 二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管 3.2 PN结的形成及特性

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、空穴及其导电作用 3.1.4杂质半导体 北医学院生物医学工程

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、空穴及其导电作用 3.1.4 杂质半导体

3.1.1半导体材料 根据物体导电能力（电阻率）的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 半导体是介于导体和非导体之间的物质。 受周围状态（或条件)改变性质。 1.温度 2.光或电场 3.掺杂 北医学院生物医学工程

3.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 受周围状态（或条件）改变性质。 1.温度 2.光或电场 3.掺杂 半导体是介于导体和非导体之间的物质

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 +4· +4 +4 大块晶体中 的局部结构 两个电子的共价键 A +4 +4 正离子芯 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化傢GaAs等。 1北医学院生物医学工程

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 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等

2.1.3本征半导体 本征激发：本征半导体中产生自由电子和空穴 金鱼缸里的水泡和空 穴的道理是一样的 Si Si 气泡发生移动 生 被吸引 Si 自由 电子 图1.27 载流子发生引起的空穴移动 图1.28空穴发生的连锁反应 1北医学院生物医学工程 5 HOME BACK NEXT

5 本征激发：本征半导体中产生自由电子和空穴 2.1.3 本征半导体

3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用 本征半导体一 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。 0+4 由于热激发而产 电子空穴对 由热激发而 生的自由电子 产生的自由电子和空穴对。 自由电子移动后 而留下的空穴 空穴的移动 空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 由于随机热振动致使共价键被打破而产生 依次填充空穴来实现的。 空穴一电子对 北医学院生物医学工程

3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用 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 依次填充空穴来实现的。 由于随机热振动致使共价键被打破而产生 空穴－电子对

3.1.4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。 比医学院生物医学工程

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

3.1.4杂质半导体 1.N型半导体 因五价杂质原子中 -4 4 +4● 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 茎紧丽罨华 价电子形成共价键，而 +4 +4 多余的一个价电子因无 施主正离子 共价键束缚而很容易形 +4 +4· +4 成自由电子。 在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。 1北医学院生物医学工程

1. N型半导体 3.1.4 杂质半导体 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

3.1.4杂质半导体 2.P型半导体 +4+4。+4 因三价杂质原子 受主原子 邻近的电子落入受主的空 在与硅原子形成共价 位，留下可移动的空穴 键时，缺少一个价电 可移动的空穴 受主获得一个电子而 子而在共价键中留下 形成一个负离子 +44 +4 一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成； 自由电子是少数载流子，由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 比医学院生物医学工程

2. P型半导体 3.1.4 杂质半导体 因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成； 自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质

3.1.4杂质半导体 3.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： ① T=300K室温下，本征硅的电子和空穴浓度： n=p=1.4×1010/cm3 掺杂后N型半导体中的自由电子浓度： =5×1016/cm3 3 本征硅的原子浓度： 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差约10/cm3。 1北医学院生物医学工程

3. 杂质对半导体导电性的影响 3.1.4 杂质半导体 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 =1.4×10 10 /cm3 1 3 本征硅的原子浓度: 以上三个浓度基本上依次相差约10 6 /cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×10 16 /cm3 4.96×10 22 /cm3