半导体发光二极管
1 范围
本标准规定了冰箱事业部半导体发光二极管的设计选用要求、试验方法、检验规则和包装、贮存。
本标准适用于冰箱事业部控制器、照明指示灯等所选用的半导体发光二极管。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 191 包装储运图示标志
GB/T 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法(idt IEC 68-2-3:1984)
GB/T 4937-1995 半导体分立器件机械和气候试验方法(idt IEC 749:1995)
GB/T 4938-1985 半导体分立器件接收和可靠性
GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(idt IEC 61000-4-2:1995) QMB-J10.010 关于规范RoHS标识的操作指引
QMB-J10.011 逐批检查计数抽样程序及抽样表
3 半导体发光二极管分类
3.1 按颜色分类
a)红色发光二极管（λD：620-660nm）
b)橙色发光二极管（λD：600-620nm）
c)黄色发光二极管（λD：580-600nm）
d)绿色发光二极管（λD：500-577nm）
e)兰色发光二极管（λD：430-480nm）
：380-410nm）
f)紫色发光二极管（λ
P
g)白色发光二极管（T C：3000-25000K）
3.2 按芯片材料分类
a)InGaAlP/GaAs
b)GaN/ Al2O3或SiC衬底
c)InGaN/ Al2O3或SiC衬底
4 要求
4.1 静电防护工艺要求
因产品易受静电破坏，生产及运输过程中应做好静电防护工作, ImGaAlP/GaAs系列及GaN基/SiC衬
底系列静电等级要求控制在500V以下， GaN基/蓝宝石衬底系列静电等级要求控制在100V以下。
4.2 封装形式及外观要求
4.2.1 封装形式
采用环氧树脂全包封的封装形式。
4.2.2 外观要求
目测环氧表面无明显发花、划伤，出光面无明显气泡、黑点，无多缺料，无明显偏支架，外引线平整，无明显锈蚀、变色及镀层脱落现象。
4.3 极限值（绝对最大额定值）
极限值（绝对最大额定值）见表1。
表1 极限值
4.4 光电特性
4.4.1 InGaAlP系列红色发光二极管光电参数
InGaAlP系列红色发光二极管光电参数应符合表2的规定。
amb
4.4.2 InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数
InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数应符合表３的规定。
表３ InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃
4.4.3 InGaAlP系列橙色发光二极管光电参数
InGaAlP系列橙色发光二极管光电参数应符合表４的规定。
amb
InGaAlP系列绿色发光二极管光电参数应符合表５的规定。
amb
4.4.5 GaN基系列绿色发光二极管光电参数
GaN基系列绿色发光二极管光电参数应符合表6的规定。
表6 GaN系列绿色发光二极管光电参数表 T amb=（25±5）℃
GaN基系列蓝色发光二极管光电参数应符合表7的规定。
表7 GaN系列蓝色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃
4.4.7 GaN基系列白色发光二极管光电参数
GaN基系列白色发光二极管光电参数应符合表7的规定。
表8 GaN系列白色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃
4.4.8 GaN基系列紫色发光二极管光电参数
GaN基系列紫色发光二极管光电参数应符合表8的规定。
amb
4.4.9 HFT系列多色发光二极管光电参数
HFT系列多色发光二极管光电参数应符合表9的规定。
amb
4.5 型式检验要求
4.5.1 引出端强度
通过5.4试验后，引出端无断裂、松动，与环氧体之间无相对移动或脱落现象。
4.5.2 引出端可焊性
通过 5.5试验后，湿润表面应覆盖一层平滑而光亮的焊料涂层，浸润面积应大于或等于浸渍面积的95%。
4.5.3 耐焊接热
通过5.6试验后，样品环氧体无明显溶化及变色现象，光电特性参数应符合以下要求：
——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）（V FO：试验前电压测试值，以下同。）
——I R≤10uA；（V R=5V）
——I V≥0.9I VO。（I F=20mA）（I VO：试验前光强测试值，以下同。）
4.5.4 快速温度变化及恒定湿热
通过5.7试验后，样品无开裂及引线松动现象，环氧体无明显变色，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）
——I R≤20uA；（V R=5V）
——I V≥0.7I VO。（I F=20mA）
4.5.5 电耐久性
通过5.8试验后，光电特性参数应符合以下要求：
——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）
——I R≤20uA；（V R=5V）
——I V≥0.7I VO。（I F=20mA）
4.5.6 高温贮存
通过5.9试验后，样品环氧体无明显溶化及变色现象，光电特性参数应符合以下要求：
——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）
——I R≤10uA；（V R=5V）
——I V≥0.8I VO。（I F=20mA）
4.5.7 静电放电抗扰度
通过5.10试验后，光电特性参数应符合以下要求：
——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）
——I R≤10uA；（V R=5V）
——I V-I VO≤±5%I VO。（I F=20mA）
5 试验方法
5.1 外形测试
用游标卡尺或显微镜测量，尺寸测量结果符合4.2.1中规定。
5.2 外观测试
目测及显微镜下镜检，外观符合4.2.2及4.2.3中规定。
5.3 光电特性测试方法：
按如下方法测试，测试结果符合4.4中规定。
电特性测试一般在相应的恒流恒压源供电下，利用电压电流表进行测试；
光特性的测试主要包括光通量和颜色。光通量的测试可采用积分球法或变角光度计法；颜色特性测试可采用分光光度法或积分法。
5.4 引出端强度试验
5.4.1 拉力试验
按GB/T 4937-1995第II篇1.1、试验Ua1的规定：
a）外加力：5N；
b）时间：（10±1）s。
c）样品测试符合4.5.1中规定。
5.4.2 弯曲试验
按GB/T 4937-1995第II篇1.2、试验Ub第3.4.2.1方法2的规定：
a）加力：2.5N；
b）次数：2次；
c）样品测试符合4.5.1中规定。
5.5 引出端可焊性试验
本试验只针对无铅焊，按GB/T 4937-1995第II篇2.1，试验Ta方法1的规定：
a）焊锡温度：（245±5）℃；
b）浸锡时间：（2±0.5）s；
c）浸入到离器件本体（1～1.2）mm；
d）焊剂：松香25%，酒精75%；
e）样品测试符合4.5.2中规定。
5.6 耐焊接热试验
本试验只针对无铅焊，按GB/T 4937-1995第II篇2.2，试验Tb方法1A的规定：
a）焊锡温度：（280±5）℃；
b）浸锡时间：（10±1）s；
c）浸入到离器件本体（2～2.5）mm；
d）焊剂：松香25%，酒精75%；
e）恢复：试验样品在标准大气条件下恢复1h，然后在4h内测完光电参数，并应符合4.5.3中规定。
5.7 快速温度变化及恒定湿热试验
温度快速变化按GB/T 4937-1995第III篇1.1，试验Na的规定。
a）T A=（-40±3）℃，T B=（100±2）℃；
b）暴露时间：10min；
c）转移时间：（2～3）min；
d）循环次数：5次。
温度快速变化结束后，试验样品的外观颜色应无明显变化，在标准大气条件下恢复4h，继之于恒定湿热试验，按GB/T 2423.3-1993的规定:
a）严酷度：温度（+40±2）℃，湿度（93±3）%，时间240h；
b) 恢复：试验样品在标准大气条件下恢复2h，样品测试应符合4.5.4中规定。
5.8 电耐久性试验
按GB/T 4938-1985工作寿命试验的规定：
a）I F=15mA： GaN/InGaN芯片12×12mil以下的发光二极管
I F=20mA： ImGaAlP芯片8×8mil以下、GaN/InGaN芯片13×13mil及14×14mil的发光二极管
I F=30mA： ImGaAlP芯片9×9mil至12×12mil的发光二极管
b）试验时间：1000h
c）自进行1000h的耐久性试验通过后，对于自1000h电耐久性试验之后不超过120天所进行的新的试验，即可开始至少340h的耐久性试验。
d)试验完成后，试验样品在标准大气条件下恢复4h后，在4h内测完下列光电参数,测试结果应符合4.5.5中规定。
5.9 高温贮存试验
按GB/T 4937-1995第III篇2条规定：
a）温度（100±2）℃；
b）时间1000h；
c) 恢复：试验样品在标准大气条件下恢复4h，然后在4h内测完光电参数，并应符合4.5.6中规定。
5.10 静电放电抗扰度试验
按GB/T 17626.2-1998试验方法中规定：HBM模式
a）储能电容：150 PF±10％；
b）放电电阻：330Ω±10％；
c）试验登记：1a接触放电等级4（放电电压：InGaAlP为±500V，GaN基/ Al2O3衬底为±100V ，GaN 基/SiC衬底为±1000V，GaN基加齐纳为±5000V）；
d)施加放电点：从器件的“+极”到“-极”及从“-极”到“+极”；
e)放电次数：10次，放电间隔：1s。
试验样品在标准大气条件下，在4h内测完光电参数，应符合4.5.7中规定。
6 检验规则
6.1 进货检验
进货检验项目见表11，抽样方案见QMB-J10.011。
6.2 型式检验
6.2.1 试验样品的抽取
型式试验的样品，应从交收试验合格的批次中随机抽取。
6.2.2 抽样方案
每次抽检样品个数n=5个，检测样品结果应全部合格（Ac=0），若出现一个不合格（Re=1）即判本批不合格。
6.2.3 型式检验周期
型式检验的周期为连续三个月一次，若连续三次型式检验通过，周期可延长为六个月一次。
6.2.4 型式检验要求
型式检验顺序、试验项目、技术要求及试验方法见表11。
表11 型式检验要求
7 包装、贮存
7.1 包装
7.1.1 内包装
内包装采用防静电屏蔽袋包装，合格证上应有公司名称及公司标志。
7.1.2 外包装
外包装箱上应有符合GB/T 191中规定的相应运输要求的标志及公司名称、商标、地址、产品型号、数量，并贴有封讫，箱内应有合格证，标明型号、生产日期及检验员代号等。
具有满足RoHS要求标识，具体见QMB-J10.010要求。
7.2 贮存
产品应用防静电塑料袋密封保存，且应贮存在0℃～+40℃、相对湿度不大于75%、无腐蚀性气体的
库房内。
LED发光二极管 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、M字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、M字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）LED的特性 1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流
肖特基势垒光电二极管原理及应用 引言 肖特基势垒光电二极管又称金属-半导体光电二极管，其势垒不再是p-n结，而是金属和半导体接触形成的阻挡层，即肖特基势垒。 1 肖特基势垒二极管结构原理及特性 1.1简述 图1 肖特基势垒二极管 肖特基二极管（如图1）是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD 是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD）的简称。SBD不是利用p型半导体与n型半导体接触形成p-n结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属-半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的，中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 1.2结构原理 图2 肖特基势垒二极管结构原理及等效电路
肖特基势垒二极管（也叫热载子二极管）在机械构造上与点接触二极管很相似，但它比点接触二极管要耐用，而且功率也更大。图2（a）给出了肖特基势垒二极管的基本构造。图2（b）是其等效电路。这种形式的电路是威廉姆·肖特基（William Schottky）在1938年研究多数载流子的整流现象时提出的。 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等） A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和由于浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，这时便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻挡层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）是用来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较N-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就变宽。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别，通常将PN 结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫肖特基整流管。近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可以大量节省贵金属，而且还大幅度降低了成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题，使开关特性获得明显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用肖特基二极管的低压降这一特点，从而能够提高其在低压、大电流整流（或续流）电路的效率。 1.3 肖特基势垒二极管特性及应用 肖特基势垒二极管属于一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。但是，它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。 1.3.1 性能比较
半导体发光二极管 1 范围 本标准规定了冰箱事业部半导体发光二极管的设计选用要求、试验方法、检验规则和包装、贮存。 本标准适用于冰箱事业部控制器、照明指示灯等所选用的半导体发光二极管。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 191 包装储运图示标志 GB/T 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法(idt IEC 68-2-3:1984) GB/T 4937-1995 半导体分立器件机械和气候试验方法(idt IEC 749:1995) GB/T 4938-1985 半导体分立器件接收和可靠性 GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(idt IEC 61000-4-2:1995) QMB-J10.010 关于规范RoHS标识的操作指引 QMB-J10.011 逐批检查计数抽样程序及抽样表 3 半导体发光二极管分类 3.1 按颜色分类 a)红色发光二极管（λD：620-660nm） b)橙色发光二极管（λD：600-620nm） c)黄色发光二极管（λD：580-600nm） d)绿色发光二极管（λD：500-577nm） e)兰色发光二极管（λD：430-480nm） ：380-410nm） f)紫色发光二极管（λ P g)白色发光二极管（T C：3000-25000K） 3.2 按芯片材料分类 a)InGaAlP/GaAs b)GaN/ Al2O3或SiC衬底 c)InGaN/ Al2O3或SiC衬底 4 要求 4.1 静电防护工艺要求 因产品易受静电破坏，生产及运输过程中应做好静电防护工作, ImGaAlP/GaAs系列及GaN基/SiC衬
第1章半导体二极管及其应用 本章要点 ●半导体基础知识 ●PN结单向导电性 ●半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用 ●特殊二极管 本章难点 ●半导体二极管伏安特性 ●半导体二极管应用 半导体器件是近代电子学的重要组成部分。只有掌握了半导体器件的结构、性能、工作原理和特点，才能正确地选择和合理使用半导体器件。半导体器件具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性强等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，而PN结又是组成二极管和三极管及各种电子器件的基础。本章首先介绍有关半导体的基础知识，然后将重点介绍二极管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及应用电路等，为后面各章的学习打下基础。 1.1 PN结 1.1.1 半导体基础知识 1. 半导体特性 自然界中的各种物质，按其导电能力划分为：导体、绝缘体、半导体。导电能力介于导体与绝缘体之间的，称之为半导体。导体如金、银、铜、铝等；绝缘体如橡胶、塑料、云母、陶瓷等；典型的半导体材料则有硅、锗、硒及某些金属氧化物、硫化物等，其中，用来制造半导体器件最多的材料是硅和锗。 半导体之所以用来制造半导体器件，并不在于其导电能力介于导体与绝缘体之间，而在于其独特的导电性能，主要表现在以下几个方面。 (1) 热敏性：导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。 (2) 光敏性：导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。 (3) 掺杂性：导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。这里所说的“杂质”，是指某些特定的纯净的其他元素。在纯净半导体中，只要掺入极微量的杂质，导电能力就急剧增加。一个典型的数据是：如在纯净硅中，掺入百万分之
1.1 半导体基础知识概念归纳 本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。 绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。 绝缘体导电性：极差。如惰性气体和橡胶。 半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。 半导体的特点： ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，
[复习提问] 1、半导体二极管的结构、符号及分类？ 2、半导体二极管的重要特性是什么？ [导入新课]二极管是电路中的关键器件，种类繁多，应用十分广泛，识别常用半导体二极管，掌握检测质量及选用方法是学习电子技术必须掌握的一项基本技 能，下面我们来学习相关知识。 [讲授新课] 1.1半导体二极管的识别、检测与应用（二） 九、二极管的型号命名 1、国产二极管 国产二极管的型号命名分为五个部分，各部分的含义见下表。 第一部分用数字“2”表示主称为二极管。 第二部分用字母表示二极管的材料与极性。 第三部分用字母表示二极管的类别。 第四部分用数字表示序号。
例如： 2、日本半导体器件的型号命名(JIS-C-7012工业标准)由五部分组成,各部分含义见下表。 第一部分用数字表示器件的类型或有效电极数。 第二部分用字母S表示该器件已在日本电子工业协会（JEIA）注册登记。 第三部分用字母表示器件的类别。 第四部分用数字表示登记序号。 第五部分用字母表示产品的改进序号。 日本半导体器件型号命名及含义
例如： 2SA733（PNP型高频晶体管）2SC4706（NPN型高频晶体管）2——三极管2——三极管 S——JEIA注册产品S——JEIA注册产品A——PNP型高频管C——NPN型高频管733——JEIA登记序号4706——JEIA登记序号 3、美国半导体器件型号命名由四部分组成。各部分的含义见下表。 第一部分用数字表示器件的类别。 第二部分用字母“N”表示该器件已在EIA注册登记。 第三部分用数字表示该器件的注册登记号。 第四部分用字母表示器件的规格号。 美国半导体器件型号命名及含义 例如： lN 4007 2N 2907 A l——二极管2——晶体管 N——ElA注册标志N——ElA注册标志 4007——ElA登记号2907——ElA登记号 A——规格号 1、整流二极管 整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换 成脉动的直流电。整流二极管都是面结型，因此结 电容较大，使其工作频率较低。一般为3kHZ以下。 从封装上看，有塑料封装和金属封装两大类。常用 的整流二极管有2CZ型、2DZ型、IN400 X型及用于 高压、高频电路的 2DGL型等。
我们知道，电子电路是由晶体管组成，而晶体管是由半导体制成的。所以我们在学习电子电路之前， 一定要了解半导体的一些基本知识。 这一章我们主要学习二极管和三极管的一些基本知识，它是本课程的基础，我们要掌握好在学习时我们把它的内容分为三节，它们分别是： 1、1 半导体的基础知识 1、2 PN结 1、3 半导体三极管 1、1 半导体的基础知识 我们这一章要了解的概念有：本征半导体、P型半导体、N型半导体及它们各自的特征。一:本征半导体 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有：硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。 共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。我们用晶体结构示意图来描述一下；如图（1）所示：图中的虚线代表共价键。 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流； 同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。二：杂质半导体 在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5各价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2.P型半导体 在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 1、2 P—N结
（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光! 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）LED的特性 1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2．电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为 视角（或称半功率角）给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在 0.6·IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正
第一章半导体基础知识 〖本章主要内容〗 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。〖本章学时分配〗 本章分为4讲，每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 一、主要内容 1、半导体及其导电性能 根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能 本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。 3、半导体的本征激发与复合现象 当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。 在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。 4、半导体的导电机理 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。
半导体发光二极管灯具介绍 一、定义 半导体发光二极管灯具即LED（Light Emitting Diode）灯具，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。 半导体发光二极管灯具 二、前景 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
LED灯具 LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。 三、优点 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管 0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 LED灯泡 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般 P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是
在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关， 即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV 之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1．极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。
9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图：
电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触
附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。
2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低
半导体电子元器件基本知识 四、光隔离器件 光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出的管脚为输出端。光耦合器利用电---光----电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。 光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。 光隔离常用如图： 五、电容 有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。 利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。 电路原理图一般用C1、C2、C？等表示。 半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。 PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。 一、二极管 将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。 P结引出的电极称为阳极（正极），N结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。 二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。5V，诸管大于0。1V。用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。将交流电压变为单向脉动电压。 使用注意事项： 1、在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流； 2、在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题； 3、整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并联一个均压电阻，其大小按100V（峰值）70K左右计算，并联使用时，每个二极管应串联10
第二章半导体二极管及其基本电路 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。（一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标
2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。 2.1.2 半导体的共价键结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下所示。硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
第7章半导体二极管和三极管 7.1 半导体的基本知识 7.2 PN结 7.3 半导体二极管 7.4 稳压二极管 7.5 半导体三极管
第7章半导体二极管和三极管 本章要求： 一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用； 二、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；三、会分析含有二极管的电路。
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。讨论器件的目的在于应用。 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，就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
7.1 半导体的基本知识 半导体的导电特性： (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(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）。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
7.1.1 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。 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 共价健 共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si 价电子
Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。 本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。 空穴温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。 自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
半导体发光二极管基本知识 自从60年代初期GaAsP红色发光器件小批量出现进而十年后大批量生产以来，发 光二极管新材料取得很大进展。最早发展包括用GaAs 1-x P x 制成的同质结器件，以及GaP 掺锌氧对的红色器件，GaAs 1-x P x 掺氮的红、橙、黄器件，GaP掺氮的黄绿器件等等。到了 80年代中期出现了GaAlAs发光二极管，由于GaAlAs材料为直接带材料，且具有高发光效率的双异质结结构，使LED的发展达到一个新的阶段。这些GaAlAs发光材料使LED 的发光效率可与白炽灯相媲美，到了1990年，Hewlett-Packard公司和东芝公司分别提出了一种以AlGaIn材料为基础的新型发光二极管。由于AlGaIn在光谱的红到黄绿部分均可得到很高的发光效率，使LED的应用得到大大发展，这些应用包括汽车灯（如尾灯和转弯灯等），户外可变信号，高速公路资料信号，户外大屏幕显示以及交通信号灯。近几年来，由于CaN材料制造技术的迅速进步，使蓝、绿、白LED的产业化成为现实，而且由于芯片亮度的不断提高和价格的不断下降，使得蓝、绿、白LED在显示、照明等领域得到越来越广泛的应用。 本课程将介绍LED的基本结构、LED主要的电学、光度学和色度学参数，并简单介绍LED制造主要工艺过程。 1. 发光二极管（Light Emitting Diode）的基本结构 图<1>是普通LED的基本结构图。它是用银浆把管芯装在引线框架（支架）上，再用金线把管芯的另一侧连接到支架的另一极，然后用环氧树脂封装成型。 组成LED的主要材料包括：管芯、粘合剂、金线、支架 和环氧树脂。 1.1 管芯 事实上，管芯是一个由化合物半导体组成的PN结。由 不同材料制成的管芯可以发出不同的颜色。即使同一种材 料，通过改变掺入杂质的种类或浓度，或者改变材料的组 份，也可以得到不同的发光颜色。下表是不同颜色的发光 二极管所使用的发光材料。图<1>普通LED基本结构图
第一章半导体二极管及其应用 【例1-1】分析图所示电路的工作情况，图中I为电流源，I=2mA。设20℃时二极管的正向电压降U D=660mV，求在50℃时二极管的正向电压降。该电路有何用途？电路中为什么要使用电流源？ 【相关知识】 二极管的伏安特性、温度特性，恒流源。 【解题思路】 推导二极管的正向电压降，说明影响正压降的因素及该电路的用途。 【解题过程】 该电路利用二极管的负温度系数，可以用于温度的测量。其温度系数–2mV/℃。 20℃时二极管的正向电压降 U D=660mV 50℃时二极管的正向电压降 U D=660 –（2′30）=600 mV 因为二极管的正向电压降U D是温度和正向电流的函数，所以应使用电流源以稳定电流，使二极管的正向电压降U D仅仅是温度一个变量的函数。
【例1-2】电路如图(a)所示，已知，二极管导通电压。试画出u I与u O的波形，并标出幅值。 图(a) 【相关知识】 二极管的伏安特性及其工作状态的判定。 【解题思路】 首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态；当二极管的截止时，u O=u I；当二极管的导通时，。 【解题过程】 由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示，即开启电压U on和导通电压均为0.7V。 由于二极管D1的阴极电位为＋3V，而输入动态电压u I作用于D1的阳极，故只有当u I高于＋3.7V时 D1才导通，且一旦D1导通，其阳极电位为3.7V，输出电压u O=＋3.7V。由于D2的阳极电位为－3V，而u I作用于二极管D2的阴极，故只有当u I低于－3.7V时D2才导通，且一旦D2导通，其阴极电位即为 －3.7V，输出电压u O=－3.7V。当u I在－3.7V到＋3.7V之间时，两只管子均截止，故u O=u I。 u I和u O的波形如图(b)所示。
练习1 半导体和二极管 1.在绝对零度（0K）时，本征半导体中________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2.在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3.半导体中的载流子为_________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子和空穴 4.N型半导体中的多子是________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 5.P型半导体中的多子是_________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 6.在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于_________。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 D. 晶体缺陷 7.在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于________。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 D. 晶体缺陷 8.在下列说法中只有_________说法是正确的。 A. P型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。 B. 在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为P型半导体。 C. P型半导体带正电，N型半导体带负电。 D. PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。 9.在下列说法中只有________说法是正确的。 A. 漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。 B. 由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。 C. PN结方程可以描述PN结的正向特性和反向特性，也可以描述PN结的反向击穿特性。 10.当PN结外加正向电压时，扩散电流_________漂移电流。 A. 大于 B. 小于 11.当PN结外加反向电压时，扩散电流_________漂移电流。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 12.在如图所示的电路中，当电源V1＝5V时，测得I＝1mA。若把电源电压调整到V1＝10V， 则电路中的电流的值将是_________。 A. I = 2mA B. I < 2mA C. I > 2mA D. I = 0mA 13.在如图所示电路中，已知二极管的反向击穿电压为20V，当V1=5V、温度为20℃时，I=2 μA。若电源电压由5V增大到10V，则电路中的电流I 约为________。 A. 10μA B. 4μA C. 2μA D. 1μA
半导体雪崩光电二极管 半导体雪崩光电二极管 semiconductor avalanche photodiode 具有内部光电流增益的半导体光电子器件，又称固态光电倍增管。它应用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，适用于以微弱光信号的探测和接收，在光纤通信、激光测距和其他光电转换数据处理等系统中应用较广。 当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增。人们最初在研究半导体二极管的反向击穿机构时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态；在此以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，则通过耗尽层的载流子就会具有某个平均的雪崩倍增值。 碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增，从而使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年，K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报道锗和硅的PN结在接近击穿时的光电流倍增现象。1955年，S.L.密勒指出在突变PN结中，载流子的倍增因子M随反向偏压V的变化可以近似用下列经验公式表示 M＝1/[1-(V/VB)n] 式中VB是体击穿电压,n是一个与材料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压非常接近于体击穿电压时，二极管获得很高的光电流增益。PN结在任何小的局部区域的提前击穿都会使二极管的使用受到限制，因而只有当一个实际的器件在整个PN结面上是高度均匀时，才能获得高的有用的平均光电流增益。因此，从工作状态来说，雪崩光电二极管实际上是工作于接近（但没有达到）雪崩击穿状态的、高度均匀的半导体光电二极管。1965年，K.M.约翰逊及L.K.安德森等分别报道了在微波频率下仍然具有相当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此，雪崩光电二极管作为一种新型、高速、灵敏的固态光电探测器件渐渐受到重视。 性能良好的雪崩光电二极管的光电流平均增益嚔可以达到几十、几百倍甚至更大。半导体中两种载流子的碰撞离化能力可能不同，因而使具有较高离化能力的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下获得较高的雪崩倍增。但是，光电流的这种雪崩倍增并不是绝对理想的。一方面，由于嚔随注入光强的增加而下降，使雪崩光电二极管的线性范围受到一定的限制，另一方面更重要的是，由于载流子的碰撞电离是一种随机的过程，亦即每一个别的载流子在耗尽层内所获得的雪崩增益可以有很广泛的几率分布,因而倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机起伏，即光电流中的噪声有附加的增加。与真空光电倍增管相比，由于半导体中两种载流子都具有离化能力，使得这种起伏更为严重。一般将光电流中的均方噪声电流〈i戬〉表示为 〈i戬〉＝2qI0嚔2F(嚔)B