电工电子半导体器件PPT演示课件优质PPT.ppt
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故半电流。
故半导体中有电导体中有电子和空穴两子和空穴两种载流子。
种载流子。
空穴移动方向空穴移动方向电子移动方向电子移动方向在外电场作用下,在外电场作用下,电子和空穴均能电子和空穴均能参与导电。
参与导电。
价电子填补空穴价电子填补空穴4.+4+4+4+4+4+4+4+45.1.25.1.2杂质半导体杂质半导体1.N型半导体型半导体在硅或锗的晶在硅或锗的晶体中掺入少量体中掺入少量的五价元的五价元素素,如磷,则形成如磷,则形成N型半导体。
型半导体。
磷原子磷原子+4+5多余价电子多余价电子自由电子自由电子正离子正离子5.虽然在半导体中掺入杂质的数量虽然在半导体中掺入杂质的数量极微极微,但对半导体,但对半导体的导电性能却有的导电性能却有很大很大的影响。
例如,在一立方厘米硅晶的影响。
例如,在一立方厘米硅晶体中约有体中约有5.11022个硅原子,个硅原子,室温下本征激发所产生的电室温下本征激发所产生的电子,空穴对约为子,空穴对约为1.431010对。
对。
如果如果掺入掺入十亿分之一十亿分之一的的磷,即在一立方厘米硅晶体中掺入磷,即在一立方厘米硅晶体中掺入5.11022109=5.11013个磷个磷原子,就可以提供原子,就可以提供5.11013个自由电子,与原来由本个自由电子,与原来由本征激发所产生的的自由电子的数量相比,增加了征激发所产生的的自由电子的数量相比,增加了3566倍,倍,与原来由本征激发所产生的两种载流子的总数相比,增加与原来由本征激发所产生的两种载流子的总数相比,增加了了1783倍,因而导电能力大大增强。
倍,因而导电能力大大增强。
另一方面,由于自由电子的增多,增加了空穴与自另一方面,由于自由电子的增多,增加了空穴与自由电子复合的机会,原来由本征激发产生的少量空穴又由电子复合的机会,原来由本征激发产生的少量空穴又进一步减少,所以,在掺入五价元素的杂质半导体中,进一步减少,所以,在掺入五价元素的杂质半导体中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
6.N型半导体结构示意图型半导体结构示意图少数载流子少数载流子多数载流子多数载流子正离子正离子在在N型半导体中型半导体中,电子是多数载流子电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
空穴是少数载流子。
此图中只画出了掺入的五价元素形成的正离子、多此图中只画出了掺入的五价元素形成的正离子、多数载流子数载流子和少数载流子。
未画出硅原子。
和少数载流子。
7.+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴2.P型半导体型半导体在硅或锗的晶在硅或锗的晶体中掺入少量体中掺入少量的三价元素,的三价元素,如硼,则形成如硼,则形成P型半导体。
+4+4硼原子硼原子填补空位填补空位+3负离子负离子8.P型半导体结构示意图型半导体结构示意图电子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子P型半导体结构示意图型半导体结构示意图此图中只画出了掺入的三价元素形成的负离子、多此图中只画出了掺入的三价元素形成的负离子、多数载流子数载流子和少数载流子。
亦未画出硅原子。
9.P区区N区区N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合P区的空穴向区的空穴向N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向5.1.3PN结及其单向导电性结及其单向导电性1.PN1.PN结的形成结的形成结的形成结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成形成P型半导体区域和型半导体区域和N型半导体区域型半导体区域,在这两个区域的交界在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称为处就形成了一个特殊的薄层,称为PN结。
结。
10.多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区P区区N区区在一定的条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平在一定的条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平衡,空间电荷区的宽度基本上稳定下来。
衡,空间电荷区的宽度基本上稳定下来。
11.内电场方向内电场方向E外电场方向外电场方向RI2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性P区区N区区外电场驱使外电场驱使P区的空穴进入空间区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄空间电荷区变窄多子扩散运动增强,多子扩散运动增强,形成较大的正向电流形成较大的正向电流
(1)外加正向电压外加正向电压12.P区区N区区内电场方向内电场方向ER空间电荷区变宽空间电荷区变宽外电场方向外电场方向IR
(2)
(2)外加反向电压外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过少数载流子越过PN结结形成很小的反向电流形成很小的反向电流多数载流子的扩散运动难于进行多数载流子的扩散运动难于进行13.1、PN结加正向电压:
结加正向电压:
PN结所处的状态称为结所处的状态称为正向导正向导通通,其特点:
,其特点:
PN结正向电流大,结正向电流大,PN结电阻小。
结电阻小。
相当于开关闭合相当于开关闭合SPN结的单向导电性:
结的单向导电性:
2、PN结加反向电压:
结加反向电压:
PN结所处的状态称为结所处的状态称为反向截反向截止止,其特点:
PN结反向电流小,结反向电流小,PN结电阻大。
结电阻大。
相当于开关打开相当于开关打开14.正极正极引线引线含三价含三价元素的元素的金属触丝金属触丝N型锗型锗支架支架外壳外壳负极引线负极引线点接触型二极管点接触型二极管5.2.1二极管的结构和符号二极管的结构和符号5.25.2半导体二极管半导体二极管正极引线正极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型区型区负极引线负极引线面接触型二极管面接触型二极管N型硅型硅PN结结PN结结二极管的符号二极管的符号正极正极负极负极PN15.5.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管和二极管和PN结一样,具有单向导电性,由伏安特性曲线可结一样,具有单向导电性,由伏安特性曲线可见,当外加正向电压很低时,电流很小,几乎为零。
正向电压见,当外加正向电压很低时,电流很小,几乎为零。
正向电压超过一定数值后,电流很快增大,将这一定数值的正向电压称超过一定数值后,电流很快增大,将这一定数值的正向电压称为为死区电压死区电压。
通常,硅管的死区电压约为。
通常,硅管的死区电压约为0.5V,锗管约为锗管约为0.1V。
导通时的正向压降,硅管约为导通时的正向压降,硅管约为0.6V0.7V,锗管约为锗管约为0.20.3V。
6040200.020.0400.40.82550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压URBR反反向向特特性性I/mAU/V0.20.42550510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性016.6040200.020.0400.40.82550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压URBR反反向向特特性性I/mAU/V0.20.42550510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0在二极管上加反向电压时在二极管上加反向电压时,反向电流很小。
但当反反向电流很小。
但当反向电压增大至某一数值时,反向电流将突然增大。
这向电压增大至某一数值时,反向电流将突然增大。
这种现象称为击穿,二极管失去单向导电性。
产生击穿种现象称为击穿,二极管失去单向导电性。
产生击穿时的电压称为反向击穿电压时的电压称为反向击穿电压URBR5.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性17.二极管的近似伏安特性和理想伏安特性二极管的近似伏安特性和理想伏安特性UOIUD(a)近似伏安特性近似伏安特性UOI(b)理想伏安特性理想伏安特性(a)当电源电压与二极管导通时的正向电压降相差不多当电源电压与二极管导通时的正向电压降相差不多时,正向电压降不可忽略,可采用时,正向电压降不可忽略,可采用近似伏安特性近似伏安特性(b)当电源电压远大于二极管导通时的正向电压降时,当电源电压远大于二极管导通时的正向电压降时,则可将二极管看成则可将二极管看成理想二极管理想二极管,可采用,可采用理想伏安特性理想伏安特性18.6004002000.10.200.40.850100ID/mAUD/V正向特性正向特性反向击反向击穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性反向特性反向特性死区电压死区电压对于理想二极管对于理想二极管锗锗管管正向压降正向压降0.2-0.3V硅硅管管正向压降正向压降0.5-0.7VR-+USIDDUD-+R-+USIDD正向特性:
正向特性:
二极管加正向电压二极管加正向电压19.6004002000.10.200.40.850100ID/mAUD/V正向特性正向特性反向击反向击穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性反向特性反向特性死区电压死区电压对于理想二极管对于理想二极管R-+USDUD-+R-+USIRD反反向特性:
向特性:
二极管加反向电压二极管加反向电压20.5.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流IOM最大整流电流是指二极管长时间使用时,允许最大整流电流是指二极管长时间使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。
流过二极管的最大正向平均电流。
2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压UDRM它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是反向击穿电压的一半或三分之二。
压,一般是反向击穿电压的一半或三分之二。
3.3.反向电流反向电流IR它是指二极管加上给定反向偏置电压时的反它是指二极管加上给定反向偏置电压时的反向电流值。
向电流值。
IR越小,二极管的单向导电性越好。
越小,二极管的单向导电性越好。
21.二极管的二极管的应用范围很广应用范围很广,它可用作钳位、限幅、整流、它可用作钳位、限幅、整流、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。
元件保护以及在数字电路中作为开关元件。
例例1:
下图中,已知:
下图中,已知VA=3V,VB=0V,DA、DB为锗管,为锗管,求输出端求输出端Y的电位并说明的电位并说明二极管的二极管的作用。
作用。
解:
DA优先导通,优先导通,则则VY=30.3=2.7VDA导通后导通后,DB因反偏而截止因反偏而截止,起起隔离隔离作用作用,DA起起钳位钳位作用作用,将将Y端的电位钳制在端的电位钳制在+2.7V。
DA12VYABDBR5.2.4二极管的主要应用二极管的主要应用2
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