第1章半导体二极管1.1半导体基础知识1.2PN结及其特性1.3半导体二极管1.4半导体三极管1.1半导体基础知识
自然界物质按其导电性分为几类？导体：自然界中很容易导电的物质，例如银、铜、铝和铁等金属。绝缘体：导电性很差的物质，几乎不导电，如惰
性气体、橡胶、塑料等。半导体：导电能力处于导体和绝缘体之间的物质，例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。SiSi价电子S
iSi1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体本征半导体材料取自于元素周期表中金属与非金属的交界处。纯净的具有晶体结构的半
导体称为本征半导。（由于不含杂质且为晶体结构，所以导电性比普通半导体差）常用的半导体材料有硅和锗，它们的原子结构中最外层轨道上有
四个价电子，是四价元素。本征激发空穴自由电子共价健晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价键中的两个电子，称为价电子。Si
SiSiSi1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体半导体中有两种载流子（自由电子和空穴）参与导电，带负电的自由电子和带
正电的空穴。通常情况下，本征半导体的载流子的数目很少，导电能力很差。本征半导体的导电机理自由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（带电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）此现象称为本征激发。空穴温度愈
高，晶体中产生的自由电子便愈多。价电子SiSiSiSip+1.1半导体基础知识1.1.2杂质半导体掺入五价元素1.N
型半导体（Negative负）在常温下即可变为自由电子掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式
，称为电子半导体或N型半导体。多余电子磷原子失去一个电子变为正离子载流子数?电子数SiSiSiB–Si1.1半导体基
础知识2.P型半导体（Positive正）掺入三价元素掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为
空穴半导体或P型半导体。空穴空穴是多数载流子（简称多子）自由电子是少数载流子（简称少子）硼原子接受一个电子变为负离子载流子数?
空穴数第1章半导体二极管1.1半导体基础知识√1.2PN结及其特性1.3半导体二极管1.4半导体三极管1
.2PN结及其特性1.2.1PN结的形成P区的空穴必然向N区扩散，并和N区的电子相遇而复合消失；N区的电子也必然向P区扩散
，并和P区的空穴相遇而复合消失。这种因浓度差异而引起的载流子的运动称为扩散运动，形成了扩散电流。载流子的扩散运动1.2PN结及
其特性多数载流子扩散运动的结果使得在交界面处，N区的一侧出现了不能移动的正离子，P区一侧出现了不能移动的负离子，这些不能移动的正
负离子组成空间电荷区，这就是PN结。1.2PN结及其特性空间电荷区建立的同时产生了一个由N区指向P区的电场，称之为内电场。在内电
场的作用下，半导体中的载流子作定向运动称为漂移运动，相应形成漂移电流。内电场一方面阻止多子的扩散运动，另一方面加速少子的漂移运动。
1.2PN结及其特性1．ＰＮ结外加正向电压时的导通状态正偏：将电源的正极接Ｐ区，负极接Ｎ区。正向偏置时外加电压在阻挡层内形成的电
场与内场方向相反，削弱了内电场，使空间电荷减少，阻挡层变窄有利于多子的扩散作用，阻止少子的漂移运动。PN结对外电路呈现较小的正向电
阻，称为ＰＮ结的正向导通状态。1.2PN结及其特性2．ＰＮ结外加反向电压时的截止状态反偏：将电源的正极接Ｎ区，负极接Ｐ区。反偏时
外电场与内电场方向相同，增强了内电场，使阻挡层变宽。ＰＮ结反偏时，呈高阻截止状态。第1章半导体二极管1.1半导体基础知识
√1.2PN结及其特性√1.3半导体二极管1.4半导体三极管1.3半导体二极管1.3.1二极管的基本结构半导体
二极管简称二极管，是由ＰＮ结加上引线和管壳构成的。P区引出的电极称为阳极或正极，N区引出的电极称为阴极或负极。常见的二极管外形图1
.3半导体二极管阳极引线二氧化硅保护层金属触丝型锗片N阳极引线阴极引线型硅PN型硅外壳阴极引线(a)点接触型(c)
平面型铝合金小球阳极引线结PNN型硅金锑合金底座阴极引线(b)面接触型1.3半导体二极管iD/mAuD/VO1.3.2
二极管的伏安特性Is—反向饱和电流；VT—温度等效电压，室温下，VT=26mVUon=0.5V(硅管)1．二极管的伏安
特性曲线0.1V(锗管)死区电压反向击穿电压iD=00?U?Uon:正向特性iD急剧上升U?Uth:IS
U(BR)UDUon反向击穿反向特性导通压降UD(on)=(0.6?0.8)V硅管0.7V(0.2?0.4)
V锗管0.3V电击穿—PN结未损坏，断电即恢复。热击穿—PN结烧毁。1.3半导体二极管2．温度对二极管伏安特性曲
线的影响，正向压降减小约为2.5mV；在室温附近，温度每升高，反向电流增大约为1倍。温度每升高1.3.3二极管的主要参数（1）
最大整流电流（2）最大反向工作电压（3）反向电流（4）最高工作频率1.3半导体二极管SS1.3.4二极管的等效模型1．理想化的
等效模型把二极管看成一个理想开关，“正偏导通，反偏截止”。1.3半导体二极管2．考虑二极管导通电压时的等效模型把二极管看成是理想
二极管和一个电压源（其值等于二极管的导通电压）的串联。本书中正向导通压降硅管取0.7V；锗管取0.3V。1.3半导体
二极管二极管的应用举例【例1.2.1】简单的二极管整流电路如图(a)所示。令输入信号为正弦波，如果二极管采用理想模型进行分析
，试画出uo的波形。解：当ui>0时，二极管导通，二极管相当于短路，uo=ui；当ui<0时，二极管截止，二极管相
当于开路，uo=0。输出波形如图所示。【例1.2.1】【例1.2.2】1.3半导体二极管例1.3.2二极管电路如图所
示，两个二极管都为硅管，判断二极管是导通还是截止，并求输出电压。解：假设两个二极管都从电路中断开二极管接入后，承受正向电
压比大，将优先导通。导通后，承受反向电压截止，故1.3半导体二极管半导体二极管的应用及其分类1.3.5稳压二极管
稳压管必须工作在反偏(正偏时当成普通二极管)，两端的电压值为稳定电压值【例1.2.4】设计一个稳压二极管的稳压电路。已知输
入电压UI=+12V，要求负载电流IL=12mA，输出电压UO=4.7V。解:一个简单的利用稳压二极管实现
的稳压电路如图所示。因为要求输出电压UO=4.7V，即选用稳压二极管的稳压值为Uz=4.7V。1.3半导体二极管例
1.3.3两只硅稳压二极管、的稳定电压值分别为8V和7.5V，求图中四种连接方法下获得的稳定电压。解：1.3半
导体二极管1.3.6其它特殊二极管1．发光二极管LED释放出光能的器件发光二极管符号2．光电二极管(光敏二极管)光电二极管是
在反向电压作用下工作。当无光照时，和普通二极管一样，其反向电流很小。当有光照时，其反向电流增大，称为光电流。将光信号转换为电信号光
电二极管符号发光二极管LED激光二极管光电二极管3．激光二极管单色光是指相干性的光，是一种受激辐射，因此称之为激光。产生激光的二极
管即为激光二极管。激光二极管在小功率光电设备中得到了广泛的应用，如计算机上的光盘驱动器、激光打印机的打印头等。4．变容二极管
二极管在较高频率的信号下工作时，其单向导电性可能不复存在，产生这种现象的原因是PN结存在电容效应。二极管结电容的大小除了与本
身结构尺寸和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减少，这种效应显著的二极管称为变容二极管。对于一般的半导体二
极管,总希望尽量减少结电容，对于变容二极管，却是要利用结电容。变容二极管的应用已相当广泛，特别是在高频技术中。例如
，彩色电视机普遍采用的电子调谐器，就是通过控制直流电压来改变二极管的结电容量，从而改变谐振频率，实现频道选择的。1.肖特二
极管（SBD）肖特基二极管是利用金属（如铝、金、镍和钛等）与N型半导体接触在交界面形成势垒的二极管。肖特基二极管的电容效应非常小，工作速度非常快，因此特别适合于高频或开关状态应用。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。半导体器件型号命名及方法国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9 |
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