(2) 外加反向电压
P
电荷区变宽
N
---+++
外加电压 N→ P，这种情况 - - - + + +
称为PN结反向偏置。这时，
---+++
外电场增强内电场的作用。在 外电场的作用下，P区中的空 穴和N区中的自由电子各自背
---+++
外电场
离空间电荷区运动，使空间电 荷变宽，从而抑制了多子的扩
E
图6.1.9 反向偏置的PN结


图6.1.1 硅和锗的 原子结构简化模型
+44

++44

+44

二二个个电电子子 的的共共价价键键
正离子
电子——空穴对的产生



++44 ++44 ++44






++44 ++44
++44






++44 ++44 ++44



受热挣脱共 价键束缚形 成自由电子
形成电子——空穴对
共价键中原 来位置留下 一个空位



+44 +44 +44




Байду номын сангаас
x1 外电场E
+44
+44 +44



x2



+44 +44 +44


x3
图6.1.4 电子与空穴的移动
1．N型半导体
电子是多数载流子
掺入五价杂质元素 杂质原子提供多余的电子, 空穴是少数载流子
++44
++44 ++44
+44
+45
+44

++44
++44
施主原子
+44
在外电场作用下 束缚电子：x2→x1， x3→ x2； 相当于空穴：x1→x2→x3
电子运动 空穴电流 两部分电流： 本征激发的自由电子形成电子电流； 空穴移动产生的空穴电流
空穴运动
自由电子与空穴都称为载流子 ，在本征 半导体中，自由电子和空穴的数目相同
5.1.2 杂质半导体
N型半导体（电子型半导体）和P型半导体（空穴型半导体）
面接触型： PN结面积大，可通过较大的电流，电容效应明显。 不能用于高频，常用作低频整流 。
2.特性
I/m A
二极管的伏安特性曲线
二极管方程 I I s (eU /UT 1)
IS
UT=kT/q为温度电压当量。在常 U B R 20 10 温（T=300K）下，UT≈26mV。 反向特性
死区 电压
图6.1.6 P型半导体的晶体结构
空穴是多数载流子 电子是少数载流子
5.1.3 PN结
电子
1．PN结的形成 扩散
P
N
- - - +++
P
空间电荷区
N
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
多数载流子的扩散→ 空穴 空间电荷区→内电场
UBR称为反向击穿电压
5.2.2 二极管的主要参数
1．最大整流电流IF 最大整流电流是指二极管长时间工作时，允许流过二极管的最大
正向平均电流，它由PN结的结面积和散热条件决定。
2．最大反向工作电压UR 它是二极管加反向电压时为防止击穿所取的安全电压，一般将反
向击穿电压UBR的一半定为最大反向工作电压UR。 3．反向电流IR IR是指二极管加上最大反向工作电压UR时的反向电流。IR愈小， 二极管的单向导电性就愈好。此外，由于反向电流是由少数载流
态。
5.2 半导体二极管
5.2.1 二极管的结构与特性
1.结构
外壳 触丝 N型锗片 引线
铝合金小球
阳极引线 PN结
N型硅 金锑合金
P D
N
阴极引线
底座
(a)
(b)
(c)
图6.2.1 半导体二极管
(a)点接触型 (b)面接触型 (c)表示符号
点接触型：PN结面积小，结电容小，适用于高频和小功率 ，用 作高频检波和脉冲开关
扩散 载流子在电场作用下的 定向运动称为漂移运动
内电场
U0
内电场→阻碍扩散并使少数 载流子产生漂移→空间电荷 区减小→内电场减弱
当扩散和漂移达到动态平衡时，空间电荷区的宽度就稳定下来。 PN结就处于相对稳定的状态 电位壁垒UD的大小，硅材料为0.6~0.8V，锗材料为0.2~0.3V
2．PN结的单向导电性 (1) 外加正向电压
第五章 常用半导体器件
5.1 半导体基础知识
导 体：电阻率小于10-4Ωcm
绝缘体：电阻率大于1010Ωcm
半导体：电阻率介于10-4~1010Ωcm之间
5.1.1 本征半导体



+44 ++44 +44






++44
+44 ++44 +44

O U th 0.5
正向特性
1.0 U /V
当二极管加反向电压时，U<0，若|U|>>UT，则，eU /UT 0 ，I≈Is。
当二极管加正向电压时，若U>>UT，则，eU /UT 1 ，I IseU /UT
电流与电压基本上为指数关系。
Uth称为死区电压或门坎电压。Uth的大小与材料和温度有关，通 常硅管约为0.5V，锗管约为0.1V；二极管导通时的正向压降，硅 管为0.6~0.8V，锗管为0.2~0.3V。
散，加强了少子的漂移，形成
反向电流。由于少子的浓度很 结论 PN结具有单向导电性：PN结
低，因此这个反向电流非常小，正向偏置时，回路中有较大的正向
反向电流又称为反向饱和电流，电流，PN结呈现的电阻很小，PN
通常用Is表示 。
结处于导通状态；当PN结反向偏置 时，回路中的电流非常小，PN结呈
现的电阻非常高，PN结处于截止状
P
--
--
---
电荷区变窄
N
-+++
-+++
-+++
-+++
外电场
E
图6.1.8 正向偏置的PN结
外加电压 P→N，外电场削弱内电场，PN结的动态平衡被破坏，
在外电场的作用下，P区中的空穴进入空间电荷区，与一部分负离 子中和，N区中的自由电子进入空间电荷区与一部分正离子中和， 于是整个空间电荷区变窄，从而使多子的扩散运动增强，形成较 大的扩散电流，这个电流称为正向电流，其方向是从P区指向N区。 这种外加电压接法称为正向偏置
+44


施主原子提供的

多余的电子

++44
+44


++44
++43 ++44
+44

受主原子
+44
受主原子提供
的空穴
+44

图6.1.5 N 型半导体的晶体结构
2．P型半导体 掺入三价杂质元素 杂质原子提供空穴,