2.1 半导体的基本知识
2.3 半导体二极管
2.4 二极管基本电路及其分析方法
2.5 特殊二极管
2.2 PN结的形成及特性
2.1 半导体的基本知识
2.1.1 半导体材料
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
2.1.4 杂质半导体
2.1.1 半导体材料
典型的半导体有 硅 Si和 锗 Ge以及 砷化镓 GaAs等。
导电特点, 1、其能力容易受温度、光照等环境因素影响
2、掺杂可以显著提高导电能力
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 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 。
在 T=0K和无外界激发时，不导电
本征激发
空穴 —— 共价键中的空位 。
由热激发或光照而产生的 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。
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。
*半导体导电特点 1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度 ↑→载流子 浓度 ↑→导电能力 ↑
2.1.4 杂质半导体
N型半导体
掺入五价杂质元素（如磷）
P型半导体
掺入三价杂质元素（如硼）
自由电子 ＝ 多子
空穴 ＝ 少子
空穴 ＝ 多子
自由电子 ＝ 少子 由热激发形成
它主要由杂质原子提供
空间电荷
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大
的影响，一些典型的数据如下,
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度,
n = p =1.4× 1010/cm3
1
本征硅的原子浓度, 4.96× 1022/cm3 3
以上三个浓度基本上依次相差 106/cm3 。
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度,
n=5× 1016/cm3
3,杂 质对半导体导电性的影响
? 本征半导体、本征激发
本节中的有关概念
end
自由电子
空穴
N型半导体、施主杂质 (5价 )
P型半导体、受主杂质 (3价 )
? 多数载流子、少数载流子
?杂质半导体
复合
*半导体导电特点 1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度 ↑→载流子浓度 ↑→导电能力 ↑
*半导体导电特点 2：掺杂可以显著提高导电能力
2.2 PN结的形成及特性
2.2.1 PN结的形成
2.2.2 PN结的单向导电性
2.2.3 PN结的反向击穿
2.2.4 PN结的电容效应
2.2.1 PN结的形成
1、浓度差 ?多子的 扩散 运动
2,扩散 ?空间电荷区 ?内电场
3、内电场 ?少子的 漂移 运动
?阻止 多子的 扩散
4、扩散与漂移达到动态平衡
载流子的
运动,
扩散 运动 —— 浓度差产生的载流子移动
漂移 运动 —— 在电场作用下，载流子的移动
P区 N区
扩散：空穴 电子
漂移：电子 空穴
形成过程可分成 4步（动画）,
P 型 N 型
内电场
PN结形成的物理过程,
因浓度差
?
空间电荷区形成内电场
?
内电场促使少子漂移
?
内电场阻止多子扩散
最后,多子的 扩散 和少子的 漂移 达到 动态平衡 。
多子的扩散运动 ? 杂质离子形成空间电荷区
?
对于 P型半导体和 N型半导体结合面，离子薄层
形成的 空间电荷区 称为 PN结 。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称 耗尽层 。
扩散 > 漂移
否
是
宽
2.2.2 PN结的单向导电性
只有在外加电压时才 … 扩散与漂移的动态平衡将 …
定义,加 正向电压,简称 正偏 加 反向电压,简称 反偏
? 扩散 > 漂移
? 大的正向扩散电流（多子）
? 低电阻 ? 正向导通
? 漂移 > 扩散
? 很小的反向漂移电流（少子）
? 高电阻 ? 反向截止
2.2.2 PN结的单向导电性
PN结特性描述
其中
i
D
/ mA
1, 0
0,5
– 0,5– 1, 0 0,50 1,0 ?
D
/V
PN结的伏安特性
i
D
= – I
S
––
)1( /SD D ?? TVveIi
IS —— 反向饱和电流
VT —— 温度的电压当量
且在常温下（ T=300K）
V026.0?? qkTV T
mV 26?
1,PN结的伏安特性
2,PN结方程
特性平坦 ?反向截止 一
定的温度条件下，由本征激发决
定的少子浓度是一定的
陡峭 ?电阻小正
向导通
正向,
TVveIi /SD D?
反向,
SD Ii ??
近似
非线性
2.2.3 PN结的反向击穿
当 PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
向电流突然快速增加，
此现象称为 PN结的 反向
击穿。
i
D
O
V
BR
?
D
热击穿 —— 不可逆
雪崩击穿
齐纳击穿 电击穿 —— 可逆
2.2.4 PN结的电容效应
(1) 势垒电容 CB
势垒电容示意图
扩散电容示意图
(2) 扩散电容 CD
{end}
2.3 半导体二极管 实物图片
2.3.1 半导体二极管的结构
2.3.2 二极管的伏安特性
2.3.3 二极管的参数
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
半导体二极管图片
2.3.1 半导体二极管的结构
在 PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
管。二极管按结构分有 点接触型、面接触型和平
面型 三大类。
(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。
(a)点接触型 二极管的结构示意图
(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，
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
(c)平面型
阴极
引线
阳极
引线
P
N
P 型支持衬底
(4) 二极管的代表符号
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
2.3.2 二极管的伏安特性
3,PN结方程（近似） )1( /
SD D ?? TVveIi
0 ?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6 0,8? 10? 20? 3 0
? 4 0
5
10
1 5
20
? 10
? 20
? 3 0
? 40
i
D
/? A
i
D
/ mA
死区
V
thV
BR
硅二极管 2CP10的 V-I 特性
0
?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6
? 2 0? 4 0? 60
5
10
1 5
20
? 10
? 20
? 3 0
? 40
i
D
/? A
i
D
/ mA
②
①
③
V
th
V
BR
锗二极管 2AP15的 V-I 特性
正向特性
反向特性
反向击穿特性
Vth = 0.5V（硅）
Vth = 0.1V（锗）
注意,1、死区电压（门坎电压）
2、反向饱和电流 硅,0.1?A；锗,10?A
2.3.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流 IF
(2) 反向击穿电压 VBR和最大反向工作电压 VRM
(3) 反向电流 IR
(4) 正向压降 VF
(5) 极间电容 CB
{end}
0 ?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6 0,8? 10? 20? 3 0
? 4 0
5
10
1 5
20
? 10
? 20
? 3 0
? 40
i
D
/? A
i
D
/ mA
死区
V
thV
BR
硅二极管 2CP10的 V-I 特性
2.3 半导体二极管
2.4 二极管基本电路及其分析方法
2.5 特殊二极管
2.2 PN结的形成及特性
2.1 半导体的基本知识
2.1.1 半导体材料
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
2.1.4 杂质半导体
2.1.1 半导体材料
典型的半导体有 硅 Si和 锗 Ge以及 砷化镓 GaAs等。
导电特点, 1、其能力容易受温度、光照等环境因素影响
2、掺杂可以显著提高导电能力
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 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 。
在 T=0K和无外界激发时，不导电
本征激发
空穴 —— 共价键中的空位 。
由热激发或光照而产生的 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。
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。
*半导体导电特点 1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度 ↑→载流子 浓度 ↑→导电能力 ↑
2.1.4 杂质半导体
N型半导体
掺入五价杂质元素（如磷）
P型半导体
掺入三价杂质元素（如硼）
自由电子 ＝ 多子
空穴 ＝ 少子
空穴 ＝ 多子
自由电子 ＝ 少子 由热激发形成
它主要由杂质原子提供
空间电荷
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大
的影响，一些典型的数据如下,
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度,
n = p =1.4× 1010/cm3
1
本征硅的原子浓度, 4.96× 1022/cm3 3
以上三个浓度基本上依次相差 106/cm3 。
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度,
n=5× 1016/cm3
3,杂 质对半导体导电性的影响
? 本征半导体、本征激发
本节中的有关概念
end
自由电子
空穴
N型半导体、施主杂质 (5价 )
P型半导体、受主杂质 (3价 )
? 多数载流子、少数载流子
?杂质半导体
复合
*半导体导电特点 1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度 ↑→载流子浓度 ↑→导电能力 ↑
*半导体导电特点 2：掺杂可以显著提高导电能力
2.2 PN结的形成及特性
2.2.1 PN结的形成
2.2.2 PN结的单向导电性
2.2.3 PN结的反向击穿
2.2.4 PN结的电容效应
2.2.1 PN结的形成
1、浓度差 ?多子的 扩散 运动
2,扩散 ?空间电荷区 ?内电场
3、内电场 ?少子的 漂移 运动
?阻止 多子的 扩散
4、扩散与漂移达到动态平衡
载流子的
运动,
扩散 运动 —— 浓度差产生的载流子移动
漂移 运动 —— 在电场作用下，载流子的移动
P区 N区
扩散：空穴 电子
漂移：电子 空穴
形成过程可分成 4步（动画）,
P 型 N 型
内电场
PN结形成的物理过程,
因浓度差
?
空间电荷区形成内电场
?
内电场促使少子漂移
?
内电场阻止多子扩散
最后,多子的 扩散 和少子的 漂移 达到 动态平衡 。
多子的扩散运动 ? 杂质离子形成空间电荷区
?
对于 P型半导体和 N型半导体结合面，离子薄层
形成的 空间电荷区 称为 PN结 。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称 耗尽层 。
扩散 > 漂移
否
是
宽
2.2.2 PN结的单向导电性
只有在外加电压时才 … 扩散与漂移的动态平衡将 …
定义,加 正向电压,简称 正偏 加 反向电压,简称 反偏
? 扩散 > 漂移
? 大的正向扩散电流（多子）
? 低电阻 ? 正向导通
? 漂移 > 扩散
? 很小的反向漂移电流（少子）
? 高电阻 ? 反向截止
2.2.2 PN结的单向导电性
PN结特性描述
其中
i
D
/ mA
1, 0
0,5
– 0,5– 1, 0 0,50 1,0 ?
D
/V
PN结的伏安特性
i
D
= – I
S
––
)1( /SD D ?? TVveIi
IS —— 反向饱和电流
VT —— 温度的电压当量
且在常温下（ T=300K）
V026.0?? qkTV T
mV 26?
1,PN结的伏安特性
2,PN结方程
特性平坦 ?反向截止 一
定的温度条件下，由本征激发决
定的少子浓度是一定的
陡峭 ?电阻小正
向导通
正向,
TVveIi /SD D?
反向,
SD Ii ??
近似
非线性
2.2.3 PN结的反向击穿
当 PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
向电流突然快速增加，
此现象称为 PN结的 反向
击穿。
i
D
O
V
BR
?
D
热击穿 —— 不可逆
雪崩击穿
齐纳击穿 电击穿 —— 可逆
2.2.4 PN结的电容效应
(1) 势垒电容 CB
势垒电容示意图
扩散电容示意图
(2) 扩散电容 CD
{end}
2.3 半导体二极管 实物图片
2.3.1 半导体二极管的结构
2.3.2 二极管的伏安特性
2.3.3 二极管的参数
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
半导体二极管图片
2.3.1 半导体二极管的结构
在 PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
管。二极管按结构分有 点接触型、面接触型和平
面型 三大类。
(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。
(a)点接触型 二极管的结构示意图
(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，
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
(c)平面型
阴极
引线
阳极
引线
P
N
P 型支持衬底
(4) 二极管的代表符号
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
2.3.2 二极管的伏安特性
3,PN结方程（近似） )1( /
SD D ?? TVveIi
0 ?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6 0,8? 10? 20? 3 0
? 4 0
5
10
1 5
20
? 10
? 20
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? 40
i
D
/? A
i
D
/ mA
死区
V
thV
BR
硅二极管 2CP10的 V-I 特性
0
?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6
? 2 0? 4 0? 60
5
10
1 5
20
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? 3 0
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D
/ mA
②
①
③
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V
BR
锗二极管 2AP15的 V-I 特性
正向特性
反向特性
反向击穿特性
Vth = 0.5V（硅）
Vth = 0.1V（锗）
注意,1、死区电压（门坎电压）
2、反向饱和电流 硅,0.1?A；锗,10?A
2.3.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流 IF
(2) 反向击穿电压 VBR和最大反向工作电压 VRM
(3) 反向电流 IR
(4) 正向压降 VF
(5) 极间电容 CB
{end}
0 ?
D
/ V0,2 0, 4 0, 6 0,8? 10? 20? 3 0
? 4 0
5
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? 10
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死区
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硅二极管 2CP10的 V-I 特性
