本章討論的主要問題： 1. 半導(dǎo)體器件如何構(gòu)成？有哪些特性？ 2. 二極管有哪些特性和主要參數(shù)？ 3. 二極管電路的應(yīng)用和分析方法？ 4. 有哪些特殊的二極管？它們有哪些特性？本章教學(xué)要求： 1. 了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)和PN結(jié)的形成 2. 掌握PN結(jié)的特性 3. 掌握二極管的特性及其應(yīng)用3.1 半導(dǎo)體的基本知識3.2 PN結(jié)的形成及特性3.3 半導(dǎo)體二極管3.4 二極管基本電路及其分析方法3.5 特殊二極管3.1 半導(dǎo)體的基本知識3.1.1 半導(dǎo)體材料3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 本征半導(dǎo)體3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體3.1.1 半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge (元素周期表中位置)以及砷化鎵GaAs等。價電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學(xué)鍵的電子。3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單 晶體形態(tài)。 空穴——共價鍵中的空位。 電子空穴對——由熱激發(fā)而 產(chǎn)生的自由電子和空穴對。

空穴的移動——空穴的運動 是靠相鄰共價鍵中的價電子 依次充填空穴來實現(xiàn)的。3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)， 可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì) 主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體 稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的 半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的 半導(dǎo)體。3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體1. P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子 在與硅原子形成共價 鍵時，缺少一個價電 子而在共價鍵中留下 一個空穴。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成； 自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體2. N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中 只有四個價電子能與周 圍四個半導(dǎo)體原子中的 價電子形成共價鍵，而 多余的一個價電子因無 共價鍵束縛而很容易形 成自由電子。 在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原 子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子， 因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體3. 雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影 響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:1 T=300 K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:n = p =1.4×1010/cm32 摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:n=5×1016/cm33 本征硅的原子濃度: 4.96×1022/cm3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3 。

本節(jié)中的有關(guān)概念? 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體? 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì) ? N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體? 自由電子、空穴? 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子end3.2 PN結(jié)的形成及特性3.2.1 載流子的漂移與擴散3.2.2 PN結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)3.2.1 載流子的漂移與擴散漂移運動：在電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。擴散運動： 由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散 運動。3.2.2 PN結(jié)的形成3.2.2 PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì), 分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半 導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: 因濃度差 ? 多子的擴散運動? 由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) ? 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 ? ? 內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴散最后,多子的擴散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離 子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子（擴散至 對方并復(fù)合掉了），所以也稱耗盡層。3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加 正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。