二極管講義

1、第一章晶體二極管及應(yīng)用電路一、半導(dǎo)體知識(shí)1本征半導(dǎo)體?單質(zhì)半導(dǎo)體材料是具有4價(jià)共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)的硅（Si）和鍺（Ge）（圖12）。前者是制造半導(dǎo)體IC的材料（三五價(jià)化合物砷化鎵GaAs是微波毫米波半導(dǎo)體器件和IC的重要材料）。?純凈（純度7N）且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在一定的溫度下，本征半導(dǎo)體內(nèi)的最重要的物理現(xiàn)象是本征激發(fā)（又稱熱激發(fā)或產(chǎn)生）（圖13）。本征激發(fā)產(chǎn)生兩種帶電性質(zhì)相反的載流子——自由電子和空穴對(duì)。溫度越高，

2、本征激發(fā)越強(qiáng)。?空穴是半導(dǎo)體中的一種等效載流子?？昭▽?dǎo)電的本質(zhì)是價(jià)電子依次填補(bǔ)本征晶格中的空位，使局部顯示電荷的空位宏觀定向運(yùn)動(dòng)（圖14）。?在一定的溫度下，自由電子與空穴在熱運(yùn)動(dòng)中相遇，使一對(duì)自由電子和空穴消失的現(xiàn)象稱為載流子復(fù)合。復(fù)合是產(chǎn)生的相反過程，當(dāng)產(chǎn)生等于復(fù)合時(shí)，稱載流子處于平衡狀態(tài)。2雜質(zhì)半導(dǎo)體?在本征硅（或鍺）中滲入微量5價(jià)（或3價(jià)）元素后形成N型（或P型）雜質(zhì)半導(dǎo)體（N型：圖15，P型：圖16）。?在很低的溫度下，N型（

3、P型）半導(dǎo)體中的雜質(zhì)會(huì)全部電離，產(chǎn)生自由電子和雜質(zhì)正離子對(duì)（空穴和雜質(zhì)負(fù)離子對(duì)）。?由于雜質(zhì)電離，使N型半導(dǎo)體中的多子是自由電子，少子是空穴，而P型半導(dǎo)體中的多子是空穴，少子是自由電子。?在常溫下，多子少子（圖17）。多子濃度幾乎等于雜質(zhì)濃度，與溫度無關(guān)；兩少子濃度是溫度的敏感函數(shù)。?在相同摻雜和常溫下，Si的少子濃度遠(yuǎn)小于Ge的少子濃度。3半導(dǎo)體中的兩種電流在半導(dǎo)體中存在因電場(chǎng)作用產(chǎn)生的載流子漂移電流（這與金屬導(dǎo)電一致）；還存在因載流

4、子濃度差而產(chǎn)生的擴(kuò)散電流。4PN結(jié)?在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層——PN結(jié)（圖18）。?PN結(jié)是非中性區(qū)（稱空間電荷區(qū)），存在由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)和內(nèi)建電壓；PN結(jié)內(nèi)載流子數(shù)遠(yuǎn)少于結(jié)外的中性區(qū)（稱耗盡層）；PN結(jié)內(nèi)的電場(chǎng)是阻止結(jié)外兩區(qū)的多子越結(jié)擴(kuò)散的（稱勢(shì)壘層或阻擋層）。?正偏PN結(jié)（P區(qū)外接高于N區(qū)的電壓）有隨正偏電壓指數(shù)增大的電流；反偏PN結(jié)（P區(qū)外接低于N區(qū)的電壓），在使PN結(jié)擊穿前，只有

5、其值很小的反向飽和電流。即PN結(jié)有單向?qū)щ娞匦裕ㄕ珜?dǎo)通，反偏截止）。?PN結(jié)的伏安方程為：，其中，在T=300K時(shí)，熱電壓mV。?非對(duì)稱PN結(jié)有結(jié)（P區(qū)高摻雜）和結(jié)（N區(qū)高摻雜），PN結(jié)主要向低摻雜區(qū)域延伸（圖19）。二、二極管知識(shí)?普通二極管內(nèi)芯片就是一個(gè)PN結(jié)，P區(qū)引出正電極，N區(qū)引出負(fù)電極（圖113）。?在低頻運(yùn)用時(shí)，二極的具有單向?qū)щ娞匦裕珪r(shí)導(dǎo)通，Si管和Ge管導(dǎo)通電壓典型值分別是0.7V和0.3V；反偏時(shí)截止，但Ge管的