2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。 半导体二极管 继续 － － － － + + + + P N － － － － + + + + E + _ R 一、PN 结正向偏置——P 区加正、N 区加负电压。 内电场 外电场 PN结的单向导电性 变薄 内电场被削弱，外电场将多子推向空间电荷区，多子扩散加强，能够形成较大的扩散电流。 正向电流 反偏 内电场 外电场 + _ R E 二、PN 结反向偏置——P 区加负、N 区加正电压。 － － － － + + + + P N － － － － + + + + － － － － + + + + 变厚 内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。 继续 PN结的单向导电性 所以，PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区加正、N 区加负电压。 PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、N 区加正电压。 定量 PN结的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图 正偏 IF（多子扩散） IR（少子漂移） 反偏 反向饱和电流 反向击穿电压 反向击穿 热击穿——烧坏PN结 电击穿——可逆 继续 根据理论分析： u 为PN结两端的电压降 i 为流过PN结的电流 IS 为反向饱和电流 UT =kT/q 称为温度的电压当量 其中k为玻耳兹曼常数 1.38×10－23 q 为电子电荷量1.6×10－9 T 为热力学温度 对于室温（相当T=300 K） 则有UT=26 mV 当 u>0 u>>UT时 当 u<0 |u|>>|U T |时 C PN结的电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。 (1) 势垒电容CB 继续 (2) 扩散电容CD 当外加正向电压 不同时，PN结两侧堆积的少子的数量及浓度梯度也不同，这就相当电容的充放电过程。 电容效应在高频交流信号作用下才会明显表现出来 两者之和： 极间电容（结电容） 1.2 1.2 半导体二极管 一、基本结构 PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 1、二极管的电路符号： 按结构分：面结合型，点接触型，平面型 按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，…… 按材料分：硅二极管，锗二极管 2、分类 N P 阳极 + 阴极 - 继续 (3) 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小。 (2) 面接触型二极管 PN结面积大，用于大电流整流电路 (b)面接触型 (c)平面型 继续 半导体二极管图片 基本结构 继续 P型支持衬底 N P 阳极引线 阴极引线 $