2022-2023学年高二物理竞赛课件：二极管及其基本电路

二极管及其基本电路 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 电子技术是当代高新技术的龙头。 半导体器件是现代电子技术的重要组成部分。 PN结是半导体器件的核心环节。 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。  主要内容: 1、半导体的基本知识; 2、PN结的形成及特点; 3、半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路。 学习目标： 1、掌握以下基本概念：半导体材料的特点、空穴、扩散运动、漂移运动、PN结正偏、PN结反偏； 2、了解PN结的形成过程及半导体二极管的单向导电性； 3、掌握半导体二极管的伏安特性及其电路的分析方法； 4、正确理解半导体二极管的主要参数； 5、掌握稳压管工作原理及使用中的注意事项，了解选管的一般原则。 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 本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念 自由电子、空穴 N型半导体、P型半导体 多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质 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。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 3.1.2 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 3.1.3 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 空穴——共价键中的空位。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 空穴的移动——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。 由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对 3.1.4 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可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——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。 1. N型半导体 3.1.4 杂质半导体 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。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。 2. P型半导体 3.1.4 杂质半导体 因三价杂质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。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 $