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半导体二极管

第 1 章. 半导体二极管. ( Semiconductor Diode ). 1.1 　半导体二极管. 1.1.1 PN 结及其单向导电性. 1.1.2 　半导体二极管的构成与类型. 1.1.3 　半导体二极管的伏安特性. 1.1.4 　半导体二极管的使用常识. 两种载流子. 1.1.1 PN 结及其单向导电性. 一、基本概念. 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。. 本征半导体 —. 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位 ( 空穴 ) 的过程。. 本征激发 —. 载流子 —. 自由运动的带电粒子。.

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  1. 第1章 半导体二极管 (Semiconductor Diode) 1.1　半导体二极管 1.1.1PN 结及其单向导电性 1.1.2　半导体二极管的构成与类型 1.1.3　半导体二极管的伏安特性 1.1.4　半导体二极管的使用常识

  2. 两种载流子 1.1.1 PN结及其单向导电性 一、基本概念 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。 本征半导体— 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。 本征激发— 载流子 — 自由运动的带电粒子。 自由电子(带负电) 空穴(带正电) 电子空穴成对出现，数量少、与温度有关。

  3. 正离子 负离子 少数载流子 少数载流子 多数载流子 多数载流子 在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素，如磷、砷（杂质）所构成。 N型半导体 — 在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元素，如棚、铟（杂质）所构成。 P型半导体 — 电中性 电子为多数载流子 空穴为少数载流子 载流子数  电子数 空穴 —多子 电子 —少子 载流子数  空穴数

  4. PN 结的形成 二、PN结的形成 1. 载流子的浓度差引起多子的扩散 内建电场 载流子在电场作用下的定向运动 2. 交界面形成空间电荷区(PN结)，建立内电场 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行， 利于少子的漂移。 3. 扩散和漂移达到动态平衡，形成PN结。 扩散电流 等于漂移电流， 总电流I = 0。

  5. +  U R P区 N区 限流电阻 P 区 N 区 IR IF 内电场  + 外电场 U R PN 结的单向导电性 三、PN结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置)（P+、N–） 扩散运动加强形成正向电流 IF 。 外电场使多子向 PN 结移动,中 和部分离子使空间电荷区变窄。 IF = I多子  I少子I多子 内电场 外电场 2. 外加反向电压(反向偏置) （P–、N+） PN 结的单向导电性： 正偏呈低阻导通 正向电流IF较大; 反偏呈高阻截止， 反向电流为IR很小。 漂移运动加强形成反向电流 IR 外电场使少子背离 PN 结移动， 空间电荷区变宽。 IR = I少子0

  6. +  U R  + U R 四、PN结的结电容 势垒电容CB： 扩散电容CD： PN中的电荷量随外加电压变化而改变所显示的效应（反偏时显著）。 多子在扩散过程中积累程度随外加电压变化而改变所显示的效应（正偏时显著）。

  7. 影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应 结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。

  8. P N 阳极 阴极 1.1.2 半导体二极管的构成和类型 构成： PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号： 阳(正)极a k 阴(负)极 分类： 普通二极管 整流二极管 稳压二极管 开关二极管 硅二极管 锗二极管 按用途分 按材料分 点接触型 面接触型 平面型 按结构工艺分

  9. 阴极引线 阳极引线 P N P 型支持衬底 集成电路中的 平面型 铝合金 小球 阳极引线 N 型锗片 阳极 引线 阴极 引线 PN 结 金锑 合金 N型硅 触丝 管壳 阴极引线 支架 点接触型 面接触型 特点： PN结面积小 结电容小 适于高频、小电流 应用： 小功率整流 高频检波 开关电路 特点： PN结面积大 结电容小 适于低频、大电流 (几百毫安以上) 应用：整流

  10. + – + – + – + – 常用二极管外形图 2AP 1N4001 2CZ54 2CZ13 2CZ30

  11. 微型二极管 （无引线或短引线的贴片元件，直接安装在印刷电路板表面） 圆柱形微型二极管 SOT－23　矩形微型二极管

  12. 1.1.3 半导体二极管的伏安特性 玻尔兹曼常数1.3810–23J/K 一、PN 结的伏安特性方程 反向饱和电流 温度的 电压当量 电子电量 1.602 10–23C 当 T = 300(27C)： UT= 26 mV U = 0 时， I = 0； U > 0 时， U < 0 时， I –IS；

  13. iD /mA uD /V O 二、二极管的伏安特性 0  u Uon ID= 0 正向特性 Uon = 0.5 V (硅管) IS U (BR) 0.1 V (锗管) Uon 反向击穿 反向特性 u  Uon ID 急剧上升 导通电压 (门坎、阈值) 硅管 0.7 V Uon = (0.6  0.8) V (0.1  0.3) V 锗管 0.2 V U(BR) u 0 ID = IS < 0.1 A(硅) 几十 A(锗) u <U(BR) 反向电流急剧增大 (反向击穿)

  14. 反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： (Zener) 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压 < 6 V，负温度系数) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增。 雪崩击穿： (击穿电压 > 6 V，正温度系数) 击穿电压在 6 V左右时，温度系数趋近零。

  15. ID/ mA ID/ mA 15 60 40 10 20 5 –50 –25 – 50 – 25 0.4 0 0.8 0 UD/ V UD / V 0.2 0.4 –0.01 – 0.02 –0.02 – 0.04 硅管的伏安特性 锗管的伏安特性

  16. ID/ mA 90C 20C 60 40 20 –50 –25 UD / V 0.4 0 – 0.02 三、温度对二极管特性的影响 T升高时， Uon以(2  2.5) mV/ C 下降 温度每升高10 C ，IS约增大1倍 一般， 硅管允许结温 150 ~ 200C 锗管允许结温 75 ~ 100C

  17. 1.1.4 半导体二极管的使用常识 一、二极管的型号 国标GB249－74 规定： 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 阿拉伯数字表示器件电极数 字母 (汉拼)表示器件材料和极性 字母 (汉拼)表示器件类型 阿拉伯数字表示器件 序号 字母 (汉拼)表示 规格号 如硅整流二极管 2C Z 52A 二极管 N 型 硅 整流管 序号 规格号

  18. 表1.2.1 半导体器件型号组成部分的符号及其意义

  19. ID I F U (BR) UD O URM 二、二极管的主要参数 1.IFM —最大整流电流(最大正向平均电流) 2.URM —最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3.IR—反向电流(随温度变化,越小单向导电性越好) 4. fM —最高工作频率(主要取决于PN结结电容大小)

  20. 表1.2.2 几种二极管的典型参数

  21. 0 1k  0  0 三、二极管管脚极性及质量的判断 (1)用指针式万用表检测 红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是(表内电源)正极。 在R100或R1k档测量 正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。 *一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻电阻为几百千欧。 *正反向电阻相差小为劣质管。 正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。

  22. 在 挡进行测量，当PN 结完好且正偏时，显示值为PN结两端的正向压降(V)。反偏时，显示 。  20k 2k 200k 2M 200 20M (2)用数字式万用表检测 红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。

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