博鱼·体育(中国)官方入口半导体_

　　博鱼晶体的共价键结构 在室温（300K）下，少数被束缚的价电子受热激发获得足够的能量， 挣脱共价键的束缚而成为自由电子，同时在原位留下一个空位，称为 空穴。自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。自由电子 带负电荷，失去电子的原子成为正离子，好像空穴带正电荷一样。 如图为本征半导体电子-空穴对的形成

　　内电场对多子的扩散起阻挡作用， 对少子 区的电子和 N 区的空穴） （P 向对方区域运动起推动作用。 少子在内电场作用下的定向运动称为漂移运动。 多子的扩散和少子的漂移是两种方向相反的运动， 当两种运动达到动 态平衡时，就形成一定宽度的中间电荷区，即 PN 结。 2. PN 结的单向导电性 （1）外加正向电压 如图所示的 PN 结正向偏置，P 区接电源正极，N 区接电源负极

　　二极管加正向电压时的曲线称为二极管的正向特性。 在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服内 电场对多子扩散的阻挡，此时二极管的正向电流几乎为零，二极管呈

　　过此值。 （3） 最大反向电流 I RM 二极管加最大反向工作电压时的反向电流。I RM 对温度非常敏感。I RM 越大，说明二极管的单向导电性能越差。 二极管应用举例： 利用它的单向导电性，二极管可用于整流、检波、限幅等。也可在数

　　字电路中作为开关元件使用。 实际应用中常采用二极管的理想模型。理想二极管加正向电压导通， 导通时正向管压降近似为零，正向电流由外电路决定；加反向电压时 截止，截止时反向电流为零，截止时承受的反向电压由外电路决定。 例：如图所示的二极管限幅电路，已知 ui  10sin t (V ) ， E  5V ，二极 管为理想元件，试画出 u0 的波形

　　VD 反向偏置截止，相当于断开， u0  ui 。 常用的特殊二极管： 1. 齐纳二极管（稳压管） 稳压管是一种特殊的面接触型二极管，其杂质浓度比较高，空间电荷 区内电荷密度大。其伏安特性曲线如图所示

　　半导体二极管图形符号 半导体二极管按制造材料分为硅管和锗管。 半导体二极管按 PN 结的结构分为点接触型和面接触型。点接触型二 极管 PN 结面积小，不能通过较大的电流，一般用于高频和小功率的 场合；面接触型二极管 PN 结面积大，可以通过较大的电流，一般用 于低频和大电流整流电路。 2. 二极管的伏安特性 二极管两端的电压与流过二极管电流的关系曲线称为二极管的伏安 特性，它可以通过实验测出。 如图为实验测出的二极管 V-I 特性曲线

　　发光二极管图形符号 发光二极管具有单向导电性， 当外加正向电压使正向电流足够大时才

　　发光。正向导通电压为 1~2 伏，工作电流几 mA 到几十 mA，使用时 要串联限流电阻，要防止正向电流过大而损坏管子博鱼·体育(中国)官方入口。 发光二极管的发光颜色决定于所用材料，常见的发光颜色有红、绿、 黄、橙等。 发光二极管除单个使用外，也可制成七段式或点阵式显示器。 3. 光电二极管 光电二极管是一种将光信号转换为电信号的半导体器件， 由光敏半导 体材料制成。

　　半导体器件是电子电路中的核心器件。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如硅、锗、硒，大 多数金属氧化物和硫化物等。 半导体在常态下的导电能力非常弱， 但在受热、 光照、 掺杂等条件下， 导电能力会有很大增强。 纯净的半导体称为本征半导体，通常具有晶体结构博鱼·体育(中国)官方入口。 如图为硅或锗的二维晶体结构， 每个原子最外层的四个价电子分别和 相邻的四个原子的价电子形成共价键结构

　　PN 结反向偏置时，外加电压的电场与结内电场方向相同，内电场增 强，使多子的扩散难以进行，少子的漂移被加强，PN 结内的电流由 处支配地位的漂移电流决定。由于少子的数量很小，所以只能形成很 小的反向电流。此时 PN 结呈现的电阻值很高，处于截止状态。 总结：PN 结加正向电压时，结电阻很低，正向电流较大，处于导通 状态；PN 结加反向电压时，结电阻很高，反向电流很小，处 于截止状态，这就是 PN 结的单向导电性。 半导体二极管 1. 二极管的基本结构 半导体二极管的核心部分是一个 PN 结

　　（2） 外加反向电压 如图所示的 PN 结反向偏置，P 区接电源负极，N 区接电源正极

　　正向偏置时外加电压的电场与结内电场方向相反， 在这个外加电场的 作用下，PN 结的平衡被打破，外加电场驱使 P 区的空穴，N 区的电 子进入空间电荷区， 分别和空间电荷区的一部分负离子和一部分正离 子中和，使 PN 结变窄，内电场被消弱。 多子的扩散增强，形成较大的正向电流，此时 PN 结呈现低电阻值， 处于导通状态。 在正向偏置时博鱼·体育(中国)官方入口，由少数载流子形成的漂移电流的方向与扩散电流相 反，和正向电流相比，其数值很小，可以忽略不计。

　　电子-空穴对的形成 在外加电压的作用下，本征半导体中带负电的自由电子参与导电。 同时随着空穴的出现，临近共价键中的价电子便可以来填补空穴，从 而在该价电子所在的位置又产生新空穴， 就像空穴在向电子移动的相 反方向移动。 因而可用空穴移动产生的电流来代表束缚电子移动所产 生的电流。

　　由上述分析可知：在外电场作用下，半导体中有自由电子和空穴两种 载流子参与导电博鱼·体育(中国)官方入口。 在本征半导体中，一方面产生电子-空穴对，另一方面当一个自由电 子和一个空穴相遇复合时形成一个新的共价键。当温度一定时，电子 和空穴的产生和复合达到一种动态平衡，电子-空穴对维持一定的浓 度。温度升高时，电子-空穴对浓度增大，因此本征半导体的导电性 能随温度升高明显增强博鱼·体育(中国)官方入口。 杂质半导体：本征半导体常温下的载流子浓度很低，导电性能很差。 其中掺入微量的杂质，会使半导体的导电性能发生显著改变。 杂质半导体可分为 P（空穴）型和 N（电子型）型半导体两大类。 P 型半导体：在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素，如硼，铟等。 由于硼等三价元素原子外层只有三个价电子， 它与相邻的四个硅原子 组成共价键时，因缺少一个价电子而形成一个空位，附近共价键中的 价电子会很容易填补这个空位，而在原来价电子处形成一个空穴。 硼等原子因得到一个电子成为负离子，而整个半导体仍呈电中性。

　　N 型半导体 N 型半导体自由电子数量大幅度增加， 远大于由于热激发而产生的空 穴的数量，自由电子为多子，空穴为少子。以自由电子导电为主。 PN 结 1. PN 结的形成 在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价杂质元素， 在它们的交

　　界处就出现了电子和空穴浓度的差异，N 区自由电子浓度很高，而 P 区内空穴浓度很高， 电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域 扩散，即电子和空穴将越过交界面向对方区域扩散。P 区的空穴扩散 到 N 区后，与 N 区的电子复合而消失；N 区的自由电子扩散到 P 区 后，与 P 区的空穴复合而消失。扩散的结果由于 P 区一边失去空穴， 留下带负电的杂质离子； 区一边失去电子， N 留下带正电的杂质离子， 这样就形成了空间电荷区。 空间电荷区内的载流子因扩散、复合而消耗尽，所以空间电荷区又称 为耗尽层。 空间电荷区产生一个由 N 区指向 P 区的电场，称为内电场。

　　稳压管与普通二极管的伏安特性类似， 主要区别是反向击穿特性比普 通二极管的更陡；另外，稳压管工作在反向击穿状态，正常工作时不 会因过热而烧坏。 在稳压管的反向击穿区，电流在较大范围内变化时，相应的电压变化 却很小，稳压管利用这一特性，在电路中起稳压作用。 稳压管的主要参数： （1） 稳定电压 U z ：稳压管正常工作时管子两端的电压 （2） 稳定电流 I z ：稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低 于此值时稳压效果变差，甚至不稳压。 （3） 稳压功率 PZM ：稳压管的稳定电压 U z 与最大稳定电流 I ZM 的 乘积，即 PZM  U Z I ZM 。稳压管的功率超过此值时，会因结温

　　过高而损坏。 （4） 动态电阻 rZ ：稳压管工作在击穿区时，管子两端电压变化量 与对应的电流变化量的比值，即 rZ 

　　稳压管 VS 工作在反向击穿状态。 R 为限流电阻，用来限制流过稳压 管的电流，使之大于稳定电流 I Z 又小于最大稳定电流 I ZM 。 RL 是负载 电阻，由于稳压管工作在反向击穿状态， U Z 基本不变，所以 RL 两端 的电压 U 0 是稳定的。 2. 发光二极管 发光二极管简称 LED（light-emitting diode） ，是一种将电能转化为光 能的半导体器件，采用砷化镓、磷化镓等化合物半导体材料制成。

　　P 型半导体 在掺入硼等杂质产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，但晶体由 于热激发仍会产生少量的电子-空穴对。 P 型半导体中空穴数远大于自由电子数，空穴为多数载流子（多子） ， 自由电子为少数载流子（少子） ，以空穴导电为主。 N 型半导体：在硅（或锗）晶体中掺入微量的五价元素，如磷，锑等。 由于磷等五价元素原子外层有五个价电子， 其中四个分别与相邻的四 个硅原子组成共价键，多余的一个价电子很容易成为自由电子。 磷等原子因失去一个电子成为离正子，而整个半导体仍呈电中性。

　　现出一个大电阻，这一段称为死区，A 点对应的电压为死区电压，硅 管约为 0.5 伏，锗管约为 0.1 伏。当正向电压大于死区电压，内电场 大为消弱，电流随电压的增加迅速增长。硅管正向导通电压约为 0.7 伏，锗管约为 0.2 伏。 二极管加反向电压时的曲线称为二极管的反向特性。 在二极管反向特性中，在一定电压内，随反向电压的增加，二极管的 反向电流基本不变，且数值很小，该电流成为反向饱和电流。当反向 电压增大到 B 点所对应的反向击穿电压时，反向电流突然急剧增加， 这一现象称为二极管的反向击穿特性。 3. 二极管的主要参数 （1） 最大整流电流 I FM 二极管长时间工作时允许的最大正向平均电流。实际应用时，二极管 通过的正向平均电流不允许超过此值，否则二极管会因过热而损坏。 （2） 最大反向工作电压 U RM 二极管工作时允许外加的最大反向电压。其值一般为反向击穿电压