二极管详细介绍精选PPT.ppt
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1、二极管详细介绍第1页,此课件共34页哦3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 根据导电能力根据导电能力(电阻率电阻率)的不同,物体可以划的不同,物体可以划分为分为导体导体、绝缘体绝缘体和和半导体半导体。一、半导体材料一、半导体材料 (1 1)热敏特性热敏特性热敏特性热敏特性:温度升高导电能力显著增强。:温度升高导电能力显著增强。(2 2)光敏特性光敏特性光敏特性光敏特性:光线照射导电能力显著增强。:光线照射导电能力显著增强。(3 3)掺杂特性掺杂特性掺杂特性掺杂特性:在本征半导体中掺入少量的有用的在本征半导体中掺入少量的有用的 杂质,导电能力显著增强。杂质,导电能力显著增强。半导体导电性能具
2、有多变特性半导体导电性能具有多变特性第2页,此课件共34页哦二、二、半导体的共价键结构半导体的共价键结构原子核原子核价电子价电子外层电子轨道外层电子轨道 14 硅原子结构硅原子结构4除去价电子后除去价电子后的原子的原子价电子价电子第3页,此课件共34页哦硅晶体的硅晶体的空间排列空间排列 共价键结构共价键结构 平面示意图平面示意图通过一定的工艺过程,可以将半导体制成通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体晶体。化学成分纯净的半导体晶体化学成分纯净的半导体晶体本征半导体本征半导体第4页,此课件共34页哦三、本征半导体及导电性能三、本征半导体及导电性能 当当导导体体处处于于热热力力学学温温度度0K时
3、时,导导体体中中没没有有自自由由电电子子。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时,价价电电子子能能量量增增高高,有有的的价价电电子子可可挣挣脱脱原原子核的束缚,成为子核的束缚,成为自由电子自由电子自由电子自由电子 自由电子产生的同时,在其原来自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,原的共价键中就出现了一个空位,原子的电中性被破坏,呈正电性,其子的电中性被破坏,呈正电性,其正电量与电子的负电量相等,人们正电量与电子的负电量相等,人们常称呈现正电性的这个空位为常称呈现正电性的这个空位为空穴空穴空穴空穴这一现象称为这一现象称为本征激发,本征激发,也称也称热激发热激发自由
4、自由电子电子空穴空穴第5页,此课件共34页哦因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电电电电子空穴对子空穴对子空穴对子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合复合复合复合本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡自由电子的定向运动形成了自由电子的定向运动形成了电子电流电子电流电子电流电子电流,空穴的定向运动也,空穴的定向运动也可形成可形成空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流,它们的方向相反。显然空穴的导电,它们的方向相反。显然空穴的导电能力
5、不如自由电子能力不如自由电子相邻共价键中的价电子获得能量填充空穴,在新位置产生相邻共价键中的价电子获得能量填充空穴,在新位置产生空穴,形成电荷迁移空穴,形成电荷迁移区别区别区别区别:导体只有一种载流子即自由电子:导体只有一种载流子即自由电子:导体只有一种载流子即自由电子:导体只有一种载流子即自由电子第6页,此课件共34页哦1.1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等2.2.本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关本
6、征半导体中载流子的浓度与环境温度有关温度温度T3.3.导电能力仍不如导体导电能力仍不如导体导电能力仍不如导体导电能力仍不如导体导电能力增强导电能力增强载流子的浓度载流子的浓度第7页,此课件共34页哦3、杂质半导体、杂质半导体 在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入某某些些微微量量元元素素作作为为杂杂质质,可可使使半半导导体体的的导导电电性性发发生生显显著著变变化化。掺掺入入的的杂杂质质主主要要是是三三价价或或五五价价元素。掺入杂质后的本征半导体称为元素。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体。P型半导体型半导体P型型半半导导体体中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子,主
7、主要要由由掺掺杂杂形形成;电子是少数载流子,由热激发形成。成;电子是少数载流子,由热激发形成。空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质称为三价杂质称为受主杂质受主杂质受主杂质受主杂质。本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等形成形成 P P型半导体型半导体型半导体型半导体 第8页,此课件共34页哦N型半导体型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,可在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,可形成形成 N N型半导体型半导体型半导体型半导体。在在N型半导体中自由电子是多数载流子型半导体中自由
8、电子是多数载流子,它主要由它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子,五价杂质原子被称为带正电荷成为正离子,五价杂质原子被称为施主施主施主施主杂质杂质杂质杂质第9页,此课件共34页哦3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性一、一、PN结的形成结的形成载流子在电场作用下的定向运动称为载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动,产产生生漂移电流漂移电流漂移电流漂移电流 将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型
9、半导体,另一侧型半导体,另一侧掺杂成掺杂成N型半导体,在两种半导体的交界面处将形成型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层一个特殊的薄层 PNPN结结结结。在半导体中,若载流子浓度分布不均匀,因为存在半导体中,若载流子浓度分布不均匀,因为存在浓度差,在浓度差,载流子将会从浓度高的区域向浓度低的载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动,这种运动称为区域运动,这种运动称为扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动,产生,产生扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流第10页,此课件共34页哦内电场内电场 多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区 产生内电场产生内电场 阻止阻止 少子少子漂移漂移促使
10、促使 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的形成一定宽度的PNPN结结第11页,此课件共34页哦二、二、PN结的导电特性结的导电特性正向特性正向特性PN结外加直流电压结外加直流电压V:P区接高电位(正电位),区接高电位(正电位),N区区接低电位(负电位)接低电位(负电位)内电场内电场 外电场外电场变薄变薄+PN+_内电场被削弱,多子的内电场被削弱,多子的扩散加强,能够形成较扩散加强,能够形成较大的扩散电流。大的扩散电流。正偏正偏正向电流正向电流正偏时,正偏时,正偏时,正偏时,PNPN结呈现结呈现结呈现结呈现为一个小电阻为一个小电阻为一个小电阻为一个小电阻第12页,此课件共
11、34页哦反向特性反向特性 硅硅PN结的结的Is为为 pA级级 温度温度T增加增加Is增大增大内电场内电场外电场外电场PN结反偏:结反偏:P区接低电位(负电位),区接低电位(负电位),N区接高电区接高电位(正电位)。位(正电位)。NP+变厚变厚_+内电场被加强,多子的扩散内电场被加强,多子的扩散受抑制。少子漂移加强,但受抑制。少子漂移加强,但少子数量有限,只能形成较少子数量有限,只能形成较小的电流。小的电流。反偏时,反偏时,反偏时,反偏时,PNPN结呈现结呈现结呈现结呈现为一个大电阻为一个大电阻为一个大电阻为一个大电阻反偏反偏反向电流反向电流单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性PNPN结正向
12、偏置时导通,反向偏置时截止结正向偏置时导通,反向偏置时截止结正向偏置时导通,反向偏置时截止结正向偏置时导通,反向偏置时截止第13页,此课件共34页哦正偏正偏反偏反偏PN结的伏安特性结的伏安特性PN结所加端电压结所加端电压vD与流过它的电与流过它的电流流I的关系为:的关系为:门坎电压门坎电压 Vth死区死区第14页,此课件共34页哦PN结的反向击穿特性结的反向击穿特性 二极管处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过二极管处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过PN结的电流很小,但电压超过某一数值时,反向电流急剧增结的电流很小,但电压超过某一数值时,反向电流急剧增加,这种现象我们就称为加,这种现象
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