半导体基础知识及二极管

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qbwww|  楼主 | 2022-9-26 12:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
1、半导体基础知识
(1)纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体,常用的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge),它们均为四价元素,在形成晶体结构的半导体中,人为的掺入特定的杂质元素时,导线性能具有可控性,并且在光照和热辐射条件下,其导电性具有明显的变化。
(2)本征半导体中具有两种载流子,一个是空穴(原子由于失去一个电子形成的空穴,此时原子带正电荷),另一个是自由电子,自由电子和空军均参与导电,这是半导体导电的特殊性质。
(3)本征半导体中的自由电子和空穴是成对出现的,这样,在本征半导体两端外加一个电场,则自由电子产生定向移动,从而形成电子电流(注:电流的形成是电荷的定向移动),另一方面由于空穴的存在,价电子将按一定的方向依次填补空穴,即空穴也产生定向移动,形成空穴电流。
2、P型半导体

在纯净的硅当中掺入三价元素(比如硼),使之取代硅原子的位置,就形成了P型半导体,此时的原子外部有三个价电子,除了与周围的硅原子形成共价键外,还多余了一个空穴。P型半导体中,由于电子浓度低于空穴浓度,故空穴称为多数载流子(多子),自由电子称为少数载流子(少子)。

3、N型半导体

在纯净的硅当中掺入五价元素(比如磷),使之取代硅原子的位置,就形成了N型半导体,此时的原子外部有五个价电子,除了与周围的硅原子形成共价键外,还多余了一个电子。此时,在常温下,由于热激发,就可以使他们成为自由电子,N型半导体中,由于空穴浓度低于电子浓度,故自由电子成为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。

4、PN结
(1)由于采用了不同的掺杂工艺,将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界处就形成了PN结,PN结一个重要的性质就是具有单向导电性。
(2)由于物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方移动,这种运动称为扩散运动,当将P型半导体和N型半导体制作在一起时,在两者交界处,由于两种载流子浓度差很大,故P区的空穴会向N区扩散,N区的电子也会向P区扩散,如图1所示。
(3)随着扩散到P区的自由电子和空穴复合,N区的空穴和自由电子复合,所以在交界处的多子浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,这个区域成为空间电荷区(也称为耗尽层),如图2所示。
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(4)当PN结外加正向电压时,称为正向偏置(正偏),此时外电场将多数载流子推向空间电荷区,使其变窄,削弱了内电场,使扩散运动加剧,从而形成正向电流,PN结导通,由于PN结导通时结压降只有零点几伏,因而设计的时候需要在回路中串联一个电阻,防止PN结因正向电流过大而损坏。如图3所示。
(5)当PN结外加反向电压时,称为反向偏置(反偏),此时外电场将空间电荷区变宽,加强了内电场,使扩散运动削弱,从而形成反向电流,由于反向电流很小,故可以近似认为PN结截止,如图4所示。
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5、半导体二极管
(1)将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构成了半导体二极管,由P区引出的电极为阳极,N区引出的电极为阴极。二极管的符号如下图所示。
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(2)半导体二极管主要有点接触和面接触两种,其中点接触二极管适用于高频电路和小功率整流,面接触型二极管则仅能用于较低频率下工作,一般仅作为整流管。
(3)伏安特性
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(4)二极管在电路中的作用有:整流,稳压,照明,温度控制,光线检测等。其中常见二极管的符号如下图所示。
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6、例题分析
已知发光二极管的导通电压为1.6V,正向电流为5~20mA时二极管才能发光。问:开关置于何种位置时二极管可能发光,为了使二极管发光,电路R的取值范围应为多少。
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hk6108| | 2022-9-28 08:55 | 显示全部楼层
数学表达比感性认知靠谱,禁带宽度比单位长度阻值更精确,
不过,无论怎样表述,介乎良导体与绝缘体之间的,不一定都是半导体,半导,在于可变可控。

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