2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 2 半导体二极管 半导体二极管的几种常见结构 二极管的等效电路 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 其它类型二极管 稳压二极管 3 PN结的电容效应 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。 一是势垒电容CB ， 二是扩散电容CD 。 4 势垒电容CB 势垒电容示意图 （Barrier Capacitance) 势垒电容是用来描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应。 在高频、反向偏置时CB起主要作用。 PN结外加反向电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容CB。 5 扩散电容CD 扩散电容示意图 （Diffusion Capacitance) 扩散电容反映了在外加正电压作用下，载流子在扩散过程中积累的电容效应。 在高频、正向偏置时CD起主要作用。 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容CD。 6 结电容： 若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！要考虑其电容特性： PN结正偏时，扩散电容起主要作用； PN结反偏时，势垒电容其主要作用。 结电容不是常量！ 7 小功率二极管 大功率二极管 稳压 二极管 发光 二极管 PN结 + 引线 + 封装 = 二极管。 P N 阳极 阴极 D 1.2 半导体二极管 8 1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 (1) 点接触型二极管— PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。 点接触型 9 (c)平面型 (3) 平面型二极管— 用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。 (2) 面接触型二极管— PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 10 1.2.2 二极管的伏安特性 式中IS 为反向饱和电流，u为二极管两端的电压降，UT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。 u i U(BR) 0 Uon IS 20℃ 11 从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 正向特性为指数曲线 反向特性为横轴的平行线 材料 开启电压 导通电压 反向饱和电流 硅Si 0.5V 0.5~0.8V 1µA以下 锗Ge 0.1V 0.1~0.3V 几十µA 12 0 u i U(BR) Uon IS 20℃ 80 ℃ 原因：温度增加，少子增加，PN结变窄，内电场减弱， 开启电压减小，正向曲线左移。少子增加，反向饱和电流增加，反向曲线下移。 温度增加，Uon减小，IS增加。正向曲线左移，反向曲线下移。 T（℃ ）↑→在电流不变情况下管压降u↓(1 ℃, 2-2.5mV) →反向饱和电流IS↑(10 ℃,1倍)，U(BR) ↓ T（℃ ）↑→正向特性左移，反向特性下移 二极管是温度敏感元件！ 2. 伏安特性受温度影响 $