第2章 半导体二极管及其应用B

廖惜春 模拟电子技术基础 课后答案

第2章 半导体器件基础

2.1 教学基本要求

2.2 重点和难点 一、重点

1．理解PN结的形成和特点。

2．理解PN结的单向导电性、半导体二极管的伏安特性。 二、难点

1．正确理解PN结的组成及其工作原理。

2．正确理解二极管(包括稳压管)的伏安特性和特点。

2.3 知识要点

什么是半导体

N型和P型半导体 1．半导体与PN结 PN结的形成

PN结的单向导电性 PN结的伏安特性

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二极管的结构及分类 二极管的伏安特性 2．半导体二极管及其应用 主要参数 等效电路 二极管的应用

稳压二极管

3．特殊二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管 晶体管的结构及类型 电流分配及电流放大作用 4．双极型晶体管 共发射极特性、工作区域 主要参数

场效应管的结构及类型 场效应管的工作原理 5．结型场效应管 转移特性和输出特性 主要参数

MOS场效应管的结构及类型 MOS场效应管的工作原理 6．MOS场效应管 转移特性和输出特性 主要参数

MOS场效应管的使用注意事项

2.4 主要内容

2.4.1 半导体及其特性

半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称为半导体，典型的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）及许多金属氧化物和金属硫化物等。半导体具有以下特性： （1）热敏特性：当半导体受热时，电阻率会发生变化，利用这个特性制成热敏电阻。 （2）光敏特性：当半导体受到光照时，电阻率会发生改变，利用这个特性制成光敏器件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。

（3）杂敏特性：当在纯净的半导体中掺入微量的其它杂质元素(如磷、硼等)时，其导电能力会显著增加，利用这个特性制成半导体器件，如半导体二极管、半导体三极管、场效应管、晶闸管等等。 2.4.2 本征半导体

1．本征半导体

具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。最常用的半导体材料为硅（Si）和锗（Se）。

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2．半导体的共价键结构

在硅或锗的本征半导体中，由于原子排列整齐和紧密，原来属于某个原子的价电子，可以和相邻原子所共有，形成共价键结构。图2-1所示为硅和锗共价键的(平面)示意图。

3．载流子

在绝对零度和未获得外加能量时，半导体不具备导电能力。但由于共价键中的电子为原子核最外层电子，在温度升高或者外界供给能量下最外层电子容易被热激发成为自由电子，如图2-2所示。共价键失去电子后留下的空位称为空穴，电子和空穴成对出现，称为载流子。空穴参与导电是半导体导电的特点，也是与导体导电最根本的区别。 2.4.3 N型半导体和P型半导体

为了提高本征半导体导电能力，应增加载流子的数目，在本征半导体中掺入微量的其它元素（称为掺杂），形成杂质半导体。 1．N型半导体

如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的5价元素（如磷）后，其自由电子数目远远大于空穴数目，故这种半导体称为N型电子半导体，简称N型半导体。N型半导体中自由电子为多数载流子（多子），空穴为少数载流子（少子），磷原子称为施主杂质。而且多数载流子决定于掺杂浓度，少数载流子取决于温度。 2．P型半导体

如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的3价硼（B）元素，则形成P型半导体。在P型半导体中，空穴的数量远远大于自由电子数，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，故P型半导体也称为空穴半导体，硼

(a)

图2-1 共价键结构示意图图2-2 自由电子和空穴的形成

原子称为受主杂质。

无论是N型半导体还是P型半导体，尽管有一种载流子占多数，但整体上仍然是电中性的。 2.4.4 PN结及其单向导电性 1. PN结的形成

利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边掺杂成N型半导体，一边形成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个空间电荷区，即PN结。由于PN结

(c)

O

(b)

图2-3 PN 结的形成

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的特殊性质，使得它成为制成各种半导体器件的基础。PN结形成的示意图如图2-3所示。 2．工作原理

由于两边载流子浓度的差异，P型半导体中的“多子”空穴向N型区扩散，而N型半导体中的“多子”自由电子向P型区扩散。在“多子”扩散到交界面附近时，自由电子和空穴相复合，在交界面附近只留下不能移动的带正负电的离子，形成一空间电荷区并形成的内电场使P区的“少子”电子和N区的“少子”空穴漂移。扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，PN结就形成了。

3．PN结的单向导电性 1）PN结外加正向电压

如图2-4所示电路图，P区接电源的正极、N区接电源的负极，形成较大的扩散电流IF，其方向是由P区流向N区，该电流称为正向电流。 …… 此处隐藏：10672字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……