尼曼 半导体物理与器件第八章

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V 0
–3
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–9
§8–3 特殊二极管
一、稳压二极管
1、特点
稳压管实质上是一种特殊的面接触型半导体 硅二极管。它工作于反向击穿区，在一定的电流 范围内，端电压几乎不变，所以这段特性可以用 来稳压，因而广泛用于稳压电源与限幅电路。
2、 稳压管的伏安特性
IZ/mA
正向特性
DZ
反向特性
UZ
0
IZmin
–0.2
0.8
U D/ V
反向特性
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
注意
二极管的伏安特性受温度的影响。如当环境温度升 高时，二极管的正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。
死区电压（开启电压） Uon
Si 管：0.5V左右 Ge管：0.1V左右
正向电压
Si 管：0.6V~0.8V Ge管：0.2V~0.3V
击穿特性
IZmax
伏安特性
UZ/V
D1 D2 UZ rd 等效电路
3、 稳压管的主要参数
IZ/mA
1.稳定电压UZ：
是在规定电流下稳压管的反向击穿 电压。UZ具有一定的离散性。
UZ
UZ
0
IZmin
IZ IZmax
UZ/V
2. 稳定电流 IZ： 保证管子进入反向击穿区的电流。 IZ=IZmin~ IZmax只要不超过管子的额定功 率，电流愈大，稳压效果愈好。
一、本征半导体
+4
+4
+4
纯净的半
导体，单晶结构 ，排列整齐称为 本征半导体。它 是共价键结构
硅原子
+4
+4
+4

半导体物理与器件（教学大纲）Semiconductor Physics and Devices课程编码：12330540学分：课程类别：专业基础课计划学时： 48 其中讲课： 48 实验或实践： 0 上机：0适用专业：IC设计、电信推荐教材：尼曼（Donald H.Neamen）著，赵毅强，姚素英。

解晓东译，《半导体物理与器件》（第3版），电子工业出版社，2010参考书目：D. A. Neamen，《Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles》，清华出版社，2003R. T. Pierret著，黄如等译，《半导体器件基础》，电子工业出版社，2004刘恩科、朱秉升、罗晋生等，《半导体物理学》，西安交通大学出版社，2004黄昆、谢希德，《半导体物理学》，科学出版社，1958曾谨言，《量子力学》，科学出版社，1981谢希德、方俊鑫，《固体物理学》,上海科学技术出版社，1961课程的教学目的与任务本课程是集成电路专业的重要选修课之一。

本课程较全面地论述了半导体的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律，并在此基础上选择目前集成电路与系统的核心组成部分，如双极型晶体管（BJT）、金属－半导体场效应晶体管（MESFET）和ＭOS场效应晶体管（MOSFET）等，作为分析讨论的主要对象来介绍半导体器件基础。

学习和掌握这些半导体物理和半导体器件的基本理论和分析方法，为学习诸如《集成电路工艺》、《集成电路设计》等后续课程打下基础，也为将来从事微电子学的研究以及现代VLSI与系统设计和制造工作打下坚实的理论基础。

课程的基本要求本课程要求学生掌握半导体物理和半导体器件的基本概念和基本规律，对于基础理论，要求应用简单的模型定性说明，并能作简单的数学处理。

学习过程中，注意提高分析和解决实际问题的能力，并重视理论与实践的结合。

本课程涉及的物理概念和基本原理较多，为了加深对它们的理解，在各章节里都给学生留有一些习题或思考题，这些题目有的还是基本内容的补充。

热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。 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。
8.1 半导体基础
半导体种类：N型半导体和P型半导体
Si
Si
pS+i
Si
多余电 子
N型半导体：
在纯净的四价半导体中 掺入微量五价元素磷 （P）形成的半导体。
第八章 半导体二极管及其应用
8.1
半导体的基本知识
8.2
半导体二极管
8.3
半导体二极管的应用
8.1 半导体基础
1. 半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的物体 2. 半导体材料：硅（Si）和锗（Ge）
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
8.1 半导体基础
3. 半导体导电特性：热敏性、光敏性、掺杂性
8.2 半导体二极管
4、特性：单向导电性
图1
图2
若 VP >VN(UD正向偏置 )，二极管导通 若 VP <VN(UD反向偏置 )，二极管截止
8.2 半导体二极管
I
正向特性
特点：非线性
+ P
– N
反向击穿 电压U(BR)
Is
反向电流 Is在一定电压 范围内保持 常数。
– P
+N
反向特性导通Leabharlann 降硅0.7V,锗0.3V U
8.3半导体二极管的应用
➢整流二极管
交流 整流 电压
脉动 直流电压
➢稳压二极管
有波纹的 稳压 直流
直流电压
电压
8.3 半导体二极管的应用

1．霍尔效应的成过程
假设对 N 型半导体加的磁场、电场与 P 型相 同，达到稳态，y 方向无净电荷流动
− q (−ε y ) = − qVx Bz
ε y = −Vx Bz
J x = nqVx
Jx Vx = nq
1 ∴ ε y = − J x Bz nq = ( RH ) n J x Bz ∝ J x Bz
B//ε，磁阻变化小，不产生VH
横向磁阻效应：
B⊥ε，磁阻变化明显，产生VH
按机理分： 由于电阻率ρ变化引起的R变化 —物理磁阻效应 由于几何尺寸l/s的变化引起的 R变化 —几何磁阻效应
l ∵R = ρ ⋅ s
磁阻的大小：
∆R
或
R B − R0 = R0 R0
1 − 1
σB −σ0 ∆ρ ρ B − ρ 0 σ B σ 0 = = =− 1 ρ0 ρ0 σB σ0
1 ∴ RH = − qni
RH
(－)
1/T
(2) p型半导体
● 饱和区
p = N A >> n
1 RH = >0 qN A
● 过渡区 T↑, p-nb2↓ 但 p-nb2 >0，RH > 0
当 nb2=p 时， RH＝0
T↑↑， nb2>p，RH<0 但nb2↑，|RH|↑ 当
NA n= b −1
End !
Edited by Dr. J. Zhu
B p y 2 p x
( J p ) y = pq µ pε y
ε
+y方向
B 2 ( J p ) y = ( J p ) y + ( J ε ) y = pq µ pε y − pq µ pε x Bz p