半导体的性质与二极管

ui R ui t VD1 UREF=5V VD2 uo uo UREF+0.7V 0 −（UREF+0.7V） t
0
图2-12 双向限幅电路
开关作用 电子开关电路。在自动化控制电路和数字电路中有广泛地应 用。电子开关比机械开关的开关速度快得多，可达一秒钟上万 次，且无触点的颤动引起的火花，安全可靠。 图2-13所示的两个电路。
我们将在下一节详细讨论。
2. 检波 通常，无线电波中含有复杂的多种频率成分， 调幅收音机必须从中挑选出需要的音频信号， 为此要设置检波电路。半导体二极管检波电 路如图2-11所示。其中VD是检波二极管，C1 是高频滤波电容，R是检波电路负载电阻， C2是与下一级电路的耦合电容。

ui 调频 信号 VD C1
N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可 变为自由电子 掺入五价元素 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 余 大量增加，自由电子导电 电 成为这种半导体的主要导 S p+ Si 子 电方式，称为电子半导体 i 动画 或N型半导体。 失去一个 电子变为 正离子 磷原子 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。
二极管电路定性分析
导通 截止 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 反向截止时二极管相当于断开。
定性分析：判断二极管的工作状态
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
N型半导体和 P 型半导体

空穴越多，半导体中的载流子数目就越多， 因此形成的电流越大
半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空 穴。本征半导体中, 自由电子与空穴是同时成对产生的, 因此, 它们的浓度是相等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度
ni=pi 下标i表示为本征半导体
载流子的产生与复合
价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同 时自由电子在运动过程中失去能量, 与空穴相遇, 使电子、 空穴对消失, 这种现象称为复合。在一定温度下, 载流子 的产生过程和复合过程是相对平衡的, 载流子的浓度是一 定的。
本征激发
＋4
＋4
＋4
空穴
自由 电子
＋4
＋4
＋4
＋4
＋4
＋4
E
＋4
＋4
＋4
空穴
自由 电子
＋4
＋4
＋4
＋4
＋4
＋4
空穴移动产生电流 代表束缚电子移动产生电流
结论：
由此可见,在本征半导体中，共价键或束缚电子移动产 生电流的根本原因是由于空穴而引起的。我们可以将空 穴看成一个带正电荷的粒子，在外加电场作用下，它可 以自由的移动， 移动的方向和电流的方向相同。所以 空穴也是一种载流子
受主原子
空穴
由于三价杂质原子容易吸收电子，故称为受主原子。 P型半导体中，空穴称为多数载流子，自由电子称为少数 载流子。
P型半导体特点 P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形 成； 电子是少数载流子，由热激发形成。
半导体仍呈电中性
4.载流子的漂移与扩散 1）漂移
由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移
本征半导体中掺入某种微量元 素（杂质）后，它的导电能力 增强，利用该特性可形成杂质 半导体

半导体二极管的应用
激光二极管
激光二极管是一种特 殊的半导体二极管， 它能够产生激光。激 光二极管具有高效率 、低阈值、以及可调 谐的优点，被广泛应 用于各种领域，如通 信、医疗、军事等
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总结
总结
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半导体二极管作为 电子学中的基础元 件，具有广泛的应
用领域
从整流器到开关， 从保护电路到激光 二极管，二极管都 发挥着关键的作用
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结论
2024/7/2
结论
半导体二极管作为电子学中的基础元件，已经经历了漫长的发展历程。 从最初的硅发展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；从简单的整 流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领域。这些发展和变化 不仅反映了人类对电子学认识的不断深入，也展示了半导体二极管在 推动科技进步和经济发展中的重要作用
半导体二极管的历史与发展
发展
随着半导体技术的不断进步，半导体二极管的性能也不断提高。材料方面，从早期的硅发 展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；结构方面，从早期的点接触式发展到肖特基势 垒、PN结等结构；应用方面，从简单的整流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领 域 同时，人们也在不断探索新的二极管材料和结构，如碳化硅、氮化镓等新型半导体材料， 以及超导二极管等新型结构。这些新型材料和结构的应用将进一步推动半导体二极管的发 展，并带来更多的应用领域和市场机会
整流器
整流器是二极管的基本应用之一。通过利用 二极管的整流效应，可以将交流电转换为直 流电
半导体二极管的应用
开关
二极管可以作为开关 使用，用于控制电路 的通断。其快速的开 关速度和低功耗使得 它在各种开关电路中 得到广泛应用
半导体二极管的应用

二极管的伏安特性曲线 二极管的伏安特性曲线： 伏安特性曲线： 硅管
UBE(on)= 0.7V IS=(10-9~10-16)A UBE(on)= 0.25V IS=(10-6~10-8)A
PN结导通； PN结导通； 结导通
锗管
U >UBE(on)时
随着U
↑
I
↑↑
正向R很小 正向R
很小( U < UBE(on)时 IR很小(IR≈ 反向R PN结截止 结截止。 反向R很大 PN结截止。 I S) 温度每升高1℃ 1℃， 约减小2.5mV 2.5mV。 温度每升高1℃， UBE(on)约减小2.5mV。 温度每升高10℃ 10℃， 约增加一倍。 温度每升高10℃，IS约增加一倍。
1.1 半导体的特性
半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。 半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅 (Si) 、锗 (Ge) 大多数半导体器件所用的主要材料是硅
原子结构及简化模型： 硅 、锗 原子结构及简化模型：
+4 +14 2 8 4 +32 2 8 18 4
当原子中的价电子在光照或温度升高时获得能量挣脱共价键的束 缚而成为自由电子，原子中留下空位（即空穴），（即产生自由电 同时原子因失去价电子而带正电。 子－空穴对）同时原子因失去价电子而带正电。 当邻近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时（ 当邻近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时（自由电子与空穴 的复合）形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动 空穴的运动。 的复合）形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。空穴运动方向 与价电子填补方向相反。 与价电子填补方向相反。即自由电子和空穴都能在晶格中自由移动。因 而统称它们为半导体的载流子。