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1、第14章半导体二极管和三极管第1页，共71页，编辑于2022年，星期日 个个 人人 简简 介介PhD,副教授副教授研究方向：固态量子计算和量子信息研究方向：固态量子计算和量子信息主持国家自然科学基金一项；省优秀青年教师资助项目主持国家自然科学基金一项；省优秀青年教师资助项目一项；一项；Email：第2页，共71页，编辑于2022年，星期日 每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共登记每周两次课的作业在平时成绩册上登记一次，每学期共登记8 8 8 8次。次。次。次。按校学生守则规定，每
2、次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改按校学生守则规定，每次所收作业只批改1/31/31/31/3，学生在作业的第一页，学生在作业的第一页，学生在作业的第一页，学生在作业的第一页按学号尾号填写批次。按学号尾号填写批次。按学号尾号填写批次。按学号尾号填写批次。学号尾号学号尾号学号尾号学号尾号0 0 0 0、1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3是第一批次；是第一批次；是第一批次；是第一批次；4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6是第二批次；是第二批次；是第二批次；是第二批次；7 7 7 7、8 8 8 8、9 9 9 9是第三批次
3、。改一个批次作业时，其余批次的作业阅过后登是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的作业阅过后登是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的作业阅过后登是第三批次。改一个批次作业时，其余批次的作业阅过后登记。记。记。记。按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于按校学生守则规定，一学期作业所登次数少于4 4 4 4次，该生无资格次，该生无资格次，该生无资格次，该生无资格参加本课程考试。参加本课程考试。参加本课程考试。参加本课程考试。评分标准：评分标准：评分标准：评分标准：1.1.1.1.一学期所登次数一学期所登次数一学期所
4、登次数一学期所登次数4 4 4 4次，得次，得次，得次，得60606060分；分；分；分；2.2.2.2.一学期登满一学期登满一学期登满一学期登满4 4 4 4次后，再每登一次得次后，再每登一次得次后，再每登一次得次后，再每登一次得8 8 8 8分，并根据所交作业的质量分，并根据所交作业的质量分，并根据所交作业的质量分，并根据所交作业的质量好坏，在好坏，在好坏，在好坏，在8 8 8 8分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。分的基础上，适当加减。3.3.3.3.无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减无故补交一次作业减2 2 2 2分。分。分。分。4.4
5、.4.4.缺交一次作业减缺交一次作业减缺交一次作业减缺交一次作业减10101010分。分。分。分。电工学平时作业管理办法及评分标准电工学平时作业管理办法及评分标准第3页，共71页，编辑于2022年，星期日电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用（信信信信 号号号号 检检检检 测）测）测）测）压力、温度、水位、水流量等的测量与调节压力、温度、水位、水流量等的测量与调节压力、温度、水位、水流量等的测量与调节压力、温度、水位、水流量等的测量与调节;电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）;.第4页
6、，共71页，编辑于2022年，星期日电电 子子 技技 术术 的的 应应 用用（汽汽汽汽 车车车车 电电电电 子）子）子）子）点火装置，燃油喷射控制、点火装置，燃油喷射控制、点火装置，燃油喷射控制、点火装置，燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、车速控制、间隙刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊空调控制、动
7、力窗控制空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表出租车用仪表出租车用仪表收音机、收音机、收音机、收音机、CDCD第5页，共71页，编辑于2022年，星期日几种模拟信号波形几种模拟信号波形(a)正弦波正弦波(b)三角波三角波(c)调幅波调幅波(d)阻尼振荡波阻尼振荡波(a)(d)(b)(c)信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。一点的数值均有其物理意义。数字信
8、号数字信号数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数其函数值通常是某个最小单位的整数倍。值通常是某个最小单位的整数倍。信信 号号 及及 其其 分分 类类 第6页，共71页，编辑于2022年，星期日信号的分类信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。一点的数值均有其物理意义。数字信号数字信号数字信号波形举例数字信号波形举例数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值其函数值通常是某个最小单位的整数倍。通常是某个最小单位的
9、整数倍。第7页，共71页，编辑于2022年，星期日 电工学（下）电工学（下）电子技术电子技术第第第第1414章章章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管(2(2次课次课次课次课)第第第第1515章章章章 基本放大电路基本放大电路基本放大电路基本放大电路(4.5(4.5次课次课次课次课)第第第第1616章章章章 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器(2(2次课次课次课次课)第第第第1717章章章章 电子电路中的反馈电子电路中的反馈电子电路中的反馈电子电路中的反馈(2.5(2.5次课次课次课次课)第第第第1818章章章章 直流稳压电
10、源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源(2(2次课次课次课次课)第第第第1919章章章章 电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术第第第第2020章章章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路(3(3次课次课次课次课)第第第第2121章章章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路(4(4次课次课次课次课)第第第第2222章章章章 存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件第第第第2323章章章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转
11、换模拟量和数字量的转换第8页，共71页，编辑于2022年，星期日主主 要要 教教 学学 内内 容容主要教学内容主要教学内容主要教学内容主要教学内容第9页，共71页，编辑于2022年，星期日 参参 考考 书书 目目1.1.秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编秦曾煌主编 电工学电工学电工学电工学第七版第七版第七版第七版 高教出版社高教出版社高教出版社高教出版社 2.2.2.2.骆雅琴主编骆雅琴主编骆雅琴主编骆雅琴主编 电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程电子技术辅导与实习教程第二版第二版第二版第二版 中中中中科大出版社科大出版社科大出版社科大出版社3.3.图书馆其它相关模拟
12、电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材图书馆其它相关模拟电子、数字电子教材第10页，共71页，编辑于2022年，星期日第第1414章章 半导体器件半导体器件 14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性 14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性 14.3 14.3 二极管二极管二极管二极管 14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管 14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管 14.6 14.6 光电器件光电器件光电器件光电器件第1
13、1页，共71页，编辑于2022年，星期日本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：理解理解理解理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；作用；作用；作用；了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；理和特性曲线，理解主要参数的意义；理和特性曲线，理解主要参数的意义；理和特性曲线，理解主要参数
14、的意义；会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。第第1414章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管第12页，共71页，编辑于2022年，星期日学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获
15、得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。过分追究精确的数值。过分追究精确的数值。过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC 的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、
16、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。目的在于应用。目的在于应用。第13页，共71页，编
17、辑于2022年，星期日导体：导体：电阻率小于电阻率小于10-3 cmcm 量级量级;绝缘体：电阻率大于绝缘体：电阻率大于108 cmcm量级量级;半导体：电阻率介于导体和绝缘体之间半导体：电阻率介于导体和绝缘体之间;导电导电导电导电能力能力能力能力14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第14页，共71页，编辑于2022年，星期日半导体的导电特性半导体的导电特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：掺杂性：掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导
18、电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化(可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光
19、敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第15页，共71页，编辑于2022年，星期日14.1.1 14.1.1 本征半导体本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体
20、，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子第16页，共71页，编辑于2022年，星期日本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 Si Si Si Si价电子价电子价电子在获得一定能量（温度升高或价电子在获得一定能量（温度升高或价电子在获得一定能量（温度升高或价电子在获得一定能量（温度升高或受光照
21、）后，即可挣脱原子核的束缚，受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为成为成为成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），同时共价（带负电），同时共价（带负电），同时共价（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正（带正（带正（带正电）电）电）电）。空穴空穴自由电子自由电子空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中又出现空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中又出现空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中又出现空穴吸引相邻原子的价电
22、子来填补，而在该原子中又出现一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运动（相当于正电荷一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运动（相当于正电荷一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运动（相当于正电荷一个空穴，如此继续下去，就好像空穴在运动（相当于正电荷的移动）。的移动）。的移动）。的移动）。本征半导体中产生电子本征半导体中产生电子空穴对的空穴对的现象称为现象称为本征激发。本征激发。本征激发。本征激发。第17页，共71页，编辑于2022年，星期日当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出
23、现两部分电流现两部分电流现两部分电流现两部分电流(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流(2)(2)被原子束缚的被原子束缚的被原子束缚的被原子束缚的价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)本征半导体中，自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中，自由电子数
24、目恒等于空穴数目。本征半导体中，自由电子数目恒等于空穴数目。本征半导体中，自由电子数目恒等于空穴数目。(3)(3)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。愈好。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。本征半导体中的自由电
25、子和本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是成对产生的同时，又空穴总是成对产生的同时，又空穴总是成对产生的同时，又空穴总是成对产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。第18页，共71页，编辑于2022年，星期日14.1.2 N14.1
26、.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去
27、一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成形成形成形成杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。在在在在NN型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。子。子。第19页，共71页，编辑于2022年，星期日14.1.2 N14.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体
28、掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 PP型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。载流子，自由电子是少数载流子。载流子，自由
29、电子是少数载流子。载流子，自由电子是少数载流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，对外不显电性。对外不显电性。对外不显电性。对外不显电性。应注意：应注意：应注意：应注意：第20页，共71页，编辑于2022年，星期日1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度
30、）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量（a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，PP型半导体中的电流型半导体中的电
31、流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，NN型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a第21页，共71页，编辑于2022年，星期日14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性扩散运动：扩散运动：载流子受扩散力的作用所产生载流子受扩散力的作用所产生的运动称为扩散运动。的运动称为扩散运动。扩散电流：载流子扩散运动所形成的电流扩散电流：载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。称为扩散电流。1.扩散运动和扩散
32、电流扩散运动和扩散电流浓度差浓度差扩散运动扩散运动扩散电流扩散电流扩散力扩散力扩散力扩散力扩散电流的大小与载流子的浓度梯度成正比扩散电流的大小与载流子的浓度梯度成正比第22页，共71页，编辑于2022年，星期日14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性漂移运动：漂移运动：载流子受电场力的作用所产生的载流子受电场力的作用所产生的运动成为漂移运动。运动成为漂移运动。漂移电流：载流子漂移运动所形成的电流称漂移电流：载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。为漂移电流。2.漂移运动和漂移电流漂移运动和漂移电流漂移电流的大小与电场强度成正比漂移电流的大小与电场强度成正比电位差电位差漂移运
33、动漂移运动漂移电流漂移电流电场力电场力电场力电场力第23页，共71页，编辑于2022年，星期日14.2.1 PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差PP型半导体型半导体型半导体型半导体NN型半导体型半导体型半导体型半导体扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称PN结结扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不
34、变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区14.2 PN14.2 PN结及其单相导电性结及其单相导电性内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，阻碍多子扩散动越强，阻碍多子扩散动越强，阻碍多子扩散动越强，阻碍多子扩散运动能力越强，而漂移运动能力越强，而漂移运动能力越强，而漂移运动能力越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。第24页，共71页，编辑于2022年，星期日少子少子漂移漂移 扩散与漂移达到动态平衡形成一扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的定宽度的PN结结多子多子扩散
35、扩散 形成空间电荷区产形成空间电荷区产生内电场生内电场 促使促使阻止阻止PNPN结的两大基本特征：结的两大基本特征：结的两大基本特征：结的两大基本特征：1.当当P型半导体和型半导体和N型半导体共处时，产生空间电荷区，型半导体共处时，产生空间电荷区，形成内电场，内电场的方向为形成内电场，内电场的方向为N指向指向P。2.整个半导体仍然是电中性的。整个半导体仍然是电中性的。第25页，共71页，编辑于2022年，星期日 PN结加上结加上正向电压（正向偏置）正向电压（正向偏置）的意思的意思是：是：P区加正、区加正、N区加负电压；区加负电压；PN结加上结加上反向电压（反向偏置）反向电压（反向偏置）的意思的
36、意思是：是：P区加负、区加负、N区加正电压；区加正电压；14.2.2 PN14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性第26页，共71页，编辑于2022年，星期日14.2.2 PN14.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN结变窄结变窄P接正、接正、N接负接负外电场外电场IF内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流
37、。PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，向电阻较小，向电阻较小，向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+第27页，共71页，编辑于2022年，星期日PNPN结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 2.PN 结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）外电场外电场外电场外电场内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于
38、少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PNPN结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，向电阻较大，向电阻较大，向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于
39、截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第28页，共71页，编辑于2022年，星期日结结论论 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1）PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，PN结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。结处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。（2）PN结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流Is，处在截止状态，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。结电阻很高，反向电流很小。PN结的单向导电性结的单向导电性第29页，共71页，编辑于2022年，星期日 一一一一个个个个PNPN
40、结结结结加加加加上上上上相相相相应应应应的的的的电电电电极极极极引引引引线线线线并并并并用用用用管管管管壳壳壳壳封封封封装装装装起起起起来来来来，就就就就构构构构成成成成了了了了半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管，简简简简称称称称二二二二极极极极管管管管，接接接接在在在在P P型型型型半半半半导导导导体体体体一一一一侧侧侧侧的的的的引引引引出出出出线线线线称称称称为为为为阳阳阳阳极；接在极；接在极；接在极；接在N N型半导体一侧的引出线称为阴极。型半导体一侧的引出线称为阴极。型半导体一侧的引出线称为阴极。型半导体一侧的引出线称为阴极。14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管(
41、a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型结面积小、结结面积小、结结面积小、结结面积小、结电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电流小。用于检波流小。用于检波流小。用于检波流小。用于检波和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电路。路。路。路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型用于集成电路制作工艺中
42、。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。第30页，共71页，编辑于2022年，星期日阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a)点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b)面接触型
43、面接触型图图112半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d)符号符号D参看二极管参看二极管参看二极管参看二极管的实物图的实物图的实物图的实物图14.3 14.3 半导体二极管半导体二极管第31页，共71页，编辑于2022年，星期日14.3.2 14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压
44、二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压外加电压大于反向击穿电压外加电压大于反向击穿电压外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电二极管被击穿，失去单向导电二极管被击穿，失去单向导电二极管被击穿，失去单向导电性。性。性。性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保
45、持范围内保持常数。常数。常数。常数。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。第32页，共71页，编辑于2022年，星期日14.3.3 14.3.3 主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流
46、。电流。电流。电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压极管反向击穿电压极管反向击穿电压极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过
47、热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，电流大，说明管子的单向导电性差，电流大，说明管子的单向导电性差，电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，受温度的影响，受温度的影响，受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的温度越高反向电流
48、越大。硅管的反向电流较小，锗管的温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第33页，共71页，编辑于2022年，星期日 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负接负接负接负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极管处于正向导通状态，二极管正向电二极
49、管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。反向电流很小。反向电流很小。反向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反
50、向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。向导电性。向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。二极管单向导电性二极管单向导电性第34页，共71页，编辑于2022年，星期日二极管是对温度非常二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，敏感的器件。实验表明，随温度升高，随温度