第二节 半导体二极管
把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一 个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基 本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、 稳压管和整流管等。
电工电子技术半导体二极管和三极管
第七章 半导体二极管和三极管
第一节 半导体的导电特性 第二节 半导体二极管 第三节 半导体三极管
本章要求
一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用；
二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
三、会分析含有二极管的电路。
1. PN结的形成
少子的漂移运动
内电场越强，漂移运
动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ －－－－－－ －－－－－－ －－－－－－
浓度差 形成空间电荷区
+ ++ + + +
+ ++ + + +
+ ++ + + +
+
+ ++++
多子的扩散运动
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
对于半导体器件，重点放在特性、参数、技术指标和正 确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论半导体器件的 原理目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对半导 体器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便 用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要 过分追究精确的数值。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电 阻较大，PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
什么是本征激发 ？什么是复合？ 少数载流子和多 数载流子是如何 产生的 ？
空间电荷区的电阻 率为什么很高？
能否说出PN结 有何特性？半 导体的导电机 理与金属导体 有何不同？
无论N型或P型半导体都 是中性的，对外不显电性。
自由电子导电和空 穴导电的区别在 哪里？空穴载流 子的形成是否由 自由电子填补空 穴的运动形成的 ？
何谓杂质半导体中的多 子和少子 ？N型半导体中的 多子是什么？少子是什么？
P型半导体中的空穴多 于自由电子，是否意味 着带正电？
三. PN结及其单相导电性
半导体器件是非线性的、特性有分散性,工程上允许一定 的误差、采用合理估算的方法。
第一节 半导体的导电特性
物质按导电能力的不同可分为导体、半导体 和绝缘体三大类。半导体的电阻率一般在10-3~109
Ω·cm量级，典型的半导体有硅(Si)和锗(Ge)，以及
砷化镓(GaAs)等。硅和锗在元素周期表上是四阶元 素，砷化镓则属于半导体化合物。
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一
定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载 流子便维持一定的数目。
注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就
愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
自由电子
本征半导体的导电机理
Si
Si 空穴
Si Si 价电子
价电子在获得一定能（温 度升高或受光照）后，即可挣 脱原子核的束缚，成为自由电 子（带负电），同时共价键中 留下一个空位，称为空穴（带 正电）。
这一现象称为本征激发。
温度愈高，晶体中产生的 自由电子便愈多。
半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之 间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的 独特性能决定的：
半导体的特性：
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强（可做成 温度敏感元件，如热敏电阻）。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 ( 可做成各 种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极 管等 )。
扩散的结果使 空间电荷区变宽。
2. PN结的单向导电性
(1) PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄
P接正、N接负
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N 外电场
+–
内电场被削
弱，多子的扩 散加强，形成 较大的扩散电 流。
二. N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂
质半导体。
在常温下即可变
为自由电子
掺入五价元素
Si pS+i 失去一个电 子变为正离 子
Si Si 磷原子
多余 电子
掺杂后自由电子数目大 量增加，自由电子导电成为 这种半导体的主要导电方式 ，称为电子半导体或N型半 导体。
在N 型半导体中自由电 子是多数载流子，空穴是少 数载流子。
掺入三价元素
Si
Si
空穴
掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这种
半导体的主要导电方式，
BS–i
Si
称为空穴半导体或 P型半
导体。
硼原子
接受一个电 子变为负离 子
此时整个晶体 带电吗？为什 么？
在 P 型半导体中空穴 是多数载流子，自由电子 是少数载流子。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填
补(价电子填空穴的现象称为复合)。而在该原子中出现一个 空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分 电流： (1) 自由电子作定向运动 电子电流 (2) 价电子递补空穴 空穴电流
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向 电阻较小，PN结处于导通状态。
(2) PN 结加反向电压（反向偏置） PN 结变宽
P接负、N接正
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P IR
内电场 外电场
N
–+
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明 显改变( 可做成各种不同用途的半导体器件，如二 极管、三极管和晶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ管等）。
一. 本征半导体
天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过
高度提纯.完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半 导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式