电子电路基础：1-1 PN结及二极管.ppt

电子电路基础：PN 结及二极管 本文档主要介绍了电子电路基础中的 PN 结及二极管相关知识点。PN 结是半导体器件的基本结构单元，了解 PN 结的工作原理和特性对于学习电子电路基础非常重要。 1.1 半导体及 PN 结 半导体是介于导体和绝缘体之间的一种材料，其电阻率在 10^(-3) ～ 10^9 Ω·cm 之间。典型的半导体有硅（Si）和锗（Ge）等。半导体的导电能力可以通过控制杂质、温度和光照等方式实现。 本征半导体是指化学成分纯净的半导体材料，制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%。本征半导体在物理结构上呈单晶体形态。 1.1.1 半导体及 PN 结 半导体的电阻率可以通过控制杂质、温度和光照等方式实现。半导体的导电能力可以通过在半导体材料中掺杂杂质来实现。 PN 结是半导体器件的基本结构单元，是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的。 1.1.2 二极管的基本特性 二极管是一种基本的半导体器件，具有两个结，即 PN 结和 NN 结。 PN 结由 P 型半导体和 N 型半导体组成，NN 结由两个 N 型半导体组成。 在 PN 结中，P 型半导体中的空穴浓度远远高于 N 型半导体中的电子浓度，反之亦然。这种差异导致 PN 结在电压的作用下表现出 rectifying 效应，即在正向电压下 PN 结导电，而在反向电压下 PN 结不导电。 1.1.3 二极管的主要参数及电路模型 二极管的主要参数包括反向耐压、正向电压、电流和内阻等。在电路模型中，二极管可以用 ideal diode 模型或piecesewise-linear 模型来表示。 1.1.4 特殊二极管 特殊二极管包括 Zener 二极管、 avalanche 二极管和快恢复二极管等。Zener 二极管用于 voltage regulation，avalanche 二极管用于高速开关电路，快恢复二极管用于高速数字电路。 半导体的电阻率可以通过控制杂质、温度和光照等方式实现。半导体的导电能力可以通过在半导体材料中掺杂杂质来实现。 在 PN 结中，P 型半导体中的空穴浓度远远高于 N 型半导体中的电子浓度，反之亦然。这种差异导致 PN 结在电压的作用下表现出 rectifying 效应，即在正向电压下 PN 结导电，而在反向电压下 PN 结不导电。 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。自由电子和空穴的运动方向相反，但空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。 杂质半导体是指在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N 型半导体是在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，形成的电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 P 型半导体是在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等，形成的空穴型半导体。因原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 掺入杂质对半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下：T=300 K 室温下，本征硅的电子和空穴浓度为。