电气系模电 3 二极管及其基本电路.ppt

3 二极管及其基本电路
半导体的基本知识
半导体二极管
二极管基本电路及其分析方法
特殊二极管
PN结的形成及特性
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半导体的基本知识
半导体材料
半导体的共价键结构
本征半导体
杂质半导体
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半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图
(c)
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半导体材料
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
导体－－金属元素（铁、铝、铜）等等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
无杂质
稳定的结构
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本征半导体的结构
由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。
共价键
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。
动态平衡
本征半导体
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因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
本征激发和复合的过程（动画3-1）
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空穴的移动
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。
只不过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。
（动画3-2）
空穴在晶格中的移动
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两种载流子
外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。
温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。
热力学温度0K时不导电。
本征半导体
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