半导体_雷火竞技

　　VD 反向偏置截止，相当于断开， u0  ui 。 常用的特殊二极管： 1. 齐纳二极管（稳压管） 稳压管是一种特殊的面接触型二极管，其杂质浓度比较高，空间电荷 区内电荷密度大。其伏安特性曲线如图所示

　　稳压管与普通二极管的伏安特性类似， 主要区别是反向击穿特性比普 通二极管的更陡；另外，稳压管工作在反向击穿状态，正常工作时不 会因过热而烧坏。 在稳压管的反向击穿区，电流在较大范围内变化时，相应的电压变化 却很小，稳压管利用这一特性，在电路中起稳压作用。 稳压管的主要参数： （1） 稳定电压 U z ：稳压管正常工作时管子两端的电压 （2） 稳定电流 I z ：稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低 于此值时稳压效果变差，甚至不稳压。 （3） 稳压功率 PZM ：稳压管的稳定电压 U z 与最大稳定电流 I ZM 的 乘积，即 PZM  U Z I ZM 。稳压管的功率超过此值时，会因结温

　　PN 结反向偏置时，外加电压的电场与结内电场方向相同，内电场增 强，使多子的扩散难以进行，少子的漂移被加强，PN 结内的电流由 处支配地位的漂移电流决定。由于少子的数量很小，所以只能形成很 小的反向电流。此时 PN 结呈现的电阻值很高，处于截止状态。 总结：PN 结加正向电压时，结电阻很低，正向电流较大，处于导通 状态；PN 结加反向电压时，结电阻很高，反向电流很小，处 于截止状态，这就是 PN 结的单向导电性。 半导体二极管 1. 二极管的基本结构 半导体二极管的核心部分是一个 PN 结

　　现出一个大电阻，这一段称为死区，A 点对应的电压为死区电压，硅 管约为 0.5 伏，锗管约为 0.1 伏。当正向电压大于死区电压，内电场 大为消弱，电流随电压的增加迅速增长。硅管正向导通电压约为 0.7 伏，锗管约为 0.2 伏。 二极管加反向电压时的曲线称为二极管的反向特性雷火竞技。 在二极管反向特性中，在一定电压内，随反向电压的增加，二极管的 反向电流基本不变，且数值很小，该电流成为反向饱和电流。当反向 电压增大到 B 点所对应的反向击穿电压时，反向电流突然急剧增加， 这一现象称为二极管的反向击穿特性。 3. 二极管的主要参数 （1） 最大整流电流 I FM 二极管长时间工作时允许的最大正向平均电流。实际应用时，二极管 通过的正向平均电流不允许超过此值，否则二极管会因过热而损坏。 （2） 最大反向工作电压 U RM 二极管工作时允许外加的最大反向电压。其值一般为反向击穿电压

　　内电场对多子的扩散起阻挡作用， 对少子 区的电子和 N 区的空穴） （P 向对方区域运动起推动作用。 少子在内电场作用下的定向运动称为漂移运动。 多子的扩散和少子的漂移是两种方向相反的运动， 当两种运动达到动 态平衡时，就形成一定宽度的中间电荷区，即 PN 结。 2. PN 结的单向导电性 （1）外加正向电压 如图所示的 PN 结正向偏置，P 区接电源正极，N 区接电源负极

　　（2） 外加反向电压 如图所示的 PN 结反向偏置，P 区接电源负极，N 区接电源正极

　　电子-空穴对的形成 在外加电压的作用下，本征半导体中带负电的自由电子参与导电。 同时随着空穴的出现，临近共价键中的价电子便可以来填补空穴，从 而在该价电子所在的位置又产生新空穴， 就像空穴在向电子移动的相 反方向移动。 因而可用空穴移动产生的电流来代表束缚电子移动所产 生的电流。

　　P 型半导体 在掺入硼等杂质产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，但晶体由 于热激发仍会产生少量的电子-空穴对。 P 型半导体中空穴数远大于自由电子数，空穴为多数载流子（多子） ， 自由电子为少数载流子（少子） ，以空穴导电为主。 N 型半导体：在硅（或锗）晶体中掺入微量的五价元素，如磷，锑等。 由于磷等五价元素原子外层有五个价电子， 其中四个分别与相邻的四 个硅原子组成共价键，多余的一个价电子很容易成为自由电子。 磷等原子因失去一个电子成为离正子，而整个半导体仍呈电中性。

　　N 型半导体 N 型半导体自由电子数量大幅度增加， 远大于由于热激发而产生的空 穴的数量，自由电子为多子，空穴为少子。以自由电子导电为主。 PN 结 1. PN 结的形成 在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价杂质元素， 在它们的交

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　　界处就出现了电子和空穴浓度的差异，N 区自由电子浓度很高，而 P 区内空穴浓度很高， 电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域 扩散，即电子和空穴将越过交界面向对方区域扩散。P 区的空穴扩散 到 N 区后，与 N 区的电子复合而消失；N 区的自由电子扩散到 P 区 后，与 P 区的空穴复合而消失。扩散的结果由于 P 区一边失去空穴， 留下带负电的杂质离子； 区一边失去电子， N 留下带正电的杂质离子， 这样就形成了空间电荷区。 空间电荷区内的载流子因扩散、复合而消耗尽，所以空间电荷区又称 为耗尽层。 空间电荷区产生一个由 N 区指向 P 区的电场，称为内电场。

　　过此值。 （3） 最大反向电流 I RM 二极管加最大反向工作电压时的反向电流。I RM 对温度非常敏感。I RM 越大，说明二极管的单向导电性能越差。 二极管应用举例： 利用它的单向导电性，二极管可用于整流、检波、限幅等。也可在数

　　字电路中作为开关元件使用。 实际应用中常采用二极管的理想模型。理想二极管加正向电压导通， 导通时正向管压降近似为零，正向电流由外电路决定；加反向电压时 截止，截止时反向电流为零，截止时承受的反向电压由外电路决定。 例：如图所示的二极管限幅电路，已知 ui  10sin t (V ) ， E  5V ，二极 管为理想元件，试画出 u0 的波形

　　半导体器件是电子电路中的核心器件。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如硅、锗、硒，大 多数金属氧化物和硫化物等。 半导体在常态下的导电能力非常弱， 但在受热、 光照、 掺杂等条件下， 导电能力会有很大增强。 纯净的半导体称为本征半导体，通常具有晶体结构。 如图为硅或锗的二维晶体结构， 每个原子最外层的四个价电子分别和 相邻的四个原子的价电子形成共价键结构

　　正向偏置时外加电压的电场与结内电场方向相反， 在这个外加电场的 作用下，PN 结的平衡被打破，外加电场驱使 P 区的空穴，N 区的电 子进入空间电荷区， 分别和空间电荷区的一部分负离子和一部分正离 子中和，使 PN 结变窄，内电场被消弱。 多子的扩散增强，形成较大的正向电流，此时 PN 结呈现低电阻值， 处于导通状态。 在正向偏置时，由少数载流子形成的漂移电流的方向与扩散电流相 反，和正向电流相比，其数值很小，可以忽略不计。

　　发光二极管图形符号 发光二极管具有单向导电性， 当外加正向电压使正向电流足够大时才

　　发光。正向导通电压为 1~2 伏，工作电流几 mA 到几十 mA，使用时 要串联限流电阻，要防止正向电流过大而损坏管子。 发光二极管的发光颜色决定于所用材料，常见的发光颜色有红、绿、 黄、橙等。 发光二极管除单个使用外，也可制成七段式或点阵式显示器。 3. 光电二极管 光电二极管是一种将光信号转换为电信号的半导体器件， 由光敏半导 体材料制成。

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　　半导体二极管图形符号 半导体二极管按制造材料分为硅管和锗管。 半导体二极管按 PN 结的结构分为点接触型和面接触型。点接触型二 极管 PN 结面积小，不能通过较大的电流，一般用于高频和小功率的 场合；面接触型二极管 PN 结面积大半导体，可以通过较大的电流，一般用 于低频和大电流整流电路。 2. 二极管的伏安特性 二极管两端的电压与流过二极管电流的关系曲线称为二极管的伏安 特性，它可以通过实验测出。 如图为实验测出的二极管 V-I 特性曲线） 动态电阻 rZ ：稳压管工作在击穿区时，管子两端电压变化量 与对应的电流变化量的比值，即 rZ 

　　稳压管 VS 工作在反向击穿状态。 R 为限流电阻，用来限制流过稳压 管的电流，使之大于稳定电流 I Z 又小于最大稳定电流 I ZM 。 RL 是负载 电阻，由于稳压管工作在反向击穿状态， U Z 基本不变，所以 RL 两端 的电压 U 0 是稳定的。 2. 发光二极管 发光二极管简称 LED（light-emitting diode） ，是一种将电能转化为光 能的半导体器件，采用砷化镓、磷化镓等化合物半导体材料制成。

　　由上述分析可知：在外电场作用下，半导体中有自由电子和空穴两种 载流子参与导电。 在本征半导体中，一方面产生电子-空穴对，另一方面当一个自由电 子和一个空穴相遇复合时形成一个新的共价键。当温度一定时雷火竞技，电子 和空穴的产生和复合达到一种动态平衡，电子-空穴对维持一定的浓 度。温度升高时，电子-空穴对浓度增大，因此本征半导体的导电性 能随温度升高明显增强。 杂质半导体：本征半导体常温下的载流子浓度很低，导电性能很差。 其中掺入微量的杂质，会使半导体的导电性能发生显著改变半导体。 杂质半导体可分为 P（空穴）型和 N（电子型）型半导体两大类。 P 型半导体：在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素，如硼，铟等。 由于硼等三价元素原子外层只有三个价电子， 它与相邻的四个硅原子 组成共价键时，因缺少一个价电子而形成一个空位，附近共价键中的 价电子会很容易填补这个空位，而在原来价电子处形成一个空穴。 硼等原子因得到一个电子成为负离子，而整个半导体仍呈电中性。

　　晶体的共价键结构 在室温（300K）下，少数被束缚的价电子受热激发获得足够的能量， 挣脱共价键的束缚而成为自由电子，同时在原位留下一个空位，称为 空穴。自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。自由电子 带负电荷，失去电子的原子成为正离子，好像空穴带正电荷一样。 如图为本征半导体电子-空穴对的形成

　　二极管加正向电压时的曲线称为二极管的正向特性。 在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服内 电场对多子扩散的阻挡，此时二极管的正向电流几乎为零，二极管呈