二极管单向导电原理PPT课件.ppt

u 半半导体基体基础知知识 u PN结二二级管管单向向导电原理原理1.完全完全纯净的、不含其他的、不含其他杂质且具有晶体且具有晶体结构的半构的半导体。体。常用的半导体材料是硅和锗,它们都是四价元素。将材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。当温度当温度 T=0 K 时，半，半导体不体不导电，如同，如同绝缘体。体。1.结构构SiSiSiSi共价共价键价价电子子一、本征半一、本征半导体体2.若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位空穴。2.载流子流子半导体中存在两种载流子：带负电的自由电子；带正电的空穴。自由电子与空穴是同时成对产生的,两种载流子的浓度相等。ni=pi本征激本征激发复合复合动态平衡平衡本征半导体中：空穴空穴SiSiSiSi自由自由电子子3.掺入入杂质的半的半导体：体：N 型半型半导体体P 型半型半导体体SiSiP+Si多余电子Si（+4）+硼原子（硼原子（+3）Si（+4）+磷原子（磷原子（+5）空穴数量空穴数量自由自由电子子导电能力能力SiSiSiB+3空穴二、二、杂质半半导体体4.1、N 型半型半导体体(Negative)（电子型半子型半导体）体）半半导体中体中掺入入五价五价元素构成元素构成.多子多子：自由：自由电子子少子：空穴少子：空穴五价：磷、五价：磷、锑、砷、砷2、P 型半型半导体体(Positive)半半导体中体中掺入入三价三价元素构成元素构成.多子多子：空穴：空穴少子：自由少子：自由电子子（空穴半（空穴半导体）体）三价：硼、三价：硼、镓、铟5 价价杂质原子称原子称为施主原子施主原子。3 价价杂质原子称原子称为受主原子。受主原子。5.说明：明：1.掺入入杂质的的浓度度决决定定多多数数载流流子子浓度度；温温度度决决定定少少数数载流流子的子的浓度。度。3.杂质半半导体体总体上保持体上保持电中性。中性。2.杂质半半导体体载流流子子的的数数目目要要远远高高于于本本征征半半导体体，因因而而其其 导电能力大大改善。能力大大改善。P型半型半导体：体：空穴空穴=自由自由电子子+负离子数离子数N型半型半导体：体：自由自由电子子=空穴空穴+正离子数正离子数4.杂质半半导体的表示方法如下体的表示方法如下图所示。所示。(a)N 型半型半导体体(b)P 型半型半导体体6.1.2 PN 结 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体,另一侧掺杂成为N 型半导体,两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称称为PN PN 结。PNPN结一、一、PN 结的形成的形成7.PN 结中中载流子的运流子的运动耗尽耗尽层空空间电荷区荷区PN1.扩散运散运动2.扩散运散运动形形成空成空间电荷区荷区电子子和和空空穴穴浓度度差差形形成成多多数数载流流子子的的扩散散运运动。PN 结，耗尽耗尽层。PN88.3.空空间电荷区荷区产生内生内电场PN空空间电荷区荷区内内电场Uho空空间电荷区正荷区正负离子之离子之间电位差位差 Uho 电位壁位壁垒；N区到区到P区区 内内电场；内内电场阻止多子的阻止多子的扩散散 阻阻挡层。4.漂移运漂移运动内电场有利于少子运动漂移。阻阻挡层99.5.扩散与漂移的散与漂移的动态平衡平衡扩散运散运动使空使空间电荷区增大；荷区增大；随着内随着内电场的增的增强，漂移运，漂移运动逐逐渐增加；增加；当当扩散散电流流与与漂漂移移电流流相相等等时，PN 结总的的电流流等等于于零零，空空间电荷区的荷区的宽度达到度达到稳定。定。即即扩散运散运动与漂移运与漂移运动达到达到动态平衡。平衡。10.二、二、PN 结的的单向向导电性性1.PNPN结结 外加正向外加正向电压时又称正向偏置，又称正向偏置，简称正偏。称正偏。外外电场方向方向内内电场方向方向耗尽耗尽层VRI空空间电荷区荷区变窄，有利窄，有利于于扩散运散运动，电路中有路中有较大的正向大的正向电流。流。PN什么是什么是PN结的的单向向导电性？性？有什么作用？有什么作用？11限流电阻处于于导通状通状态11.2.PN PN 结结外加反向外加反向电压时12耗尽耗尽层PN外外电场方向方向内内电场方向方向VRIS反向接法反向接法:外外电场与内与内电场方向一致，增方向一致，增强了内了内电场的作用；的作用；外外电场使空使空间电荷区荷区变宽；漂移漂移 扩散散,产生反向生反向电流流 I IS S；反反向向电流流又又称称反反向向饱和和电流流。对温温度度十十分分敏敏感感，随随着着温温度度升升高高，IS 将急将急剧增大。增大。处于截止状于截止状态(反偏反偏)12.l 当当 PN 结正正向向偏偏置置时，回回路路中中将将产生生一一个个较大大的的正向正向电流，流，PN 结处于于 导通状通状态；l 当当 PN 结反反向向偏偏置置时，回回路路中中反反向向电流流非非常常小小，几乎等于零，几乎等于零，PN 结处于于截止状截止状态。综上所述：上所述：可可见，PN 结具有具有单向向导电性性。13.