PN结电容包括势垒电容和扩散电容课件.ppt

1、1.2 .1 PN 结的形成结的形成加入三价元素加入三价元素如硼，形成如硼，形成 P 型半导体型半导体在一块本征半导体两侧在一块本征半导体两侧加入五价元素加入五价元素如磷，形成如磷，形成 N 型半导体型半导体1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成1.2.2 PN1.2.2 PN结的特性结的特性1.2.3 1.2.3 半导体二极管半导体二极管1.2.4 1.2.4 特殊二极管特殊二极管因浓度差因浓度差 由杂质离子形成空间电荷区由杂质离子形成空间电荷区 多子的扩散运动多子的扩散运动空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止

2、多子扩散 1.2.1 PN 结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动 少子的漂移运动少子的漂移运动 空间电荷区空间电荷区 耗尽层耗尽层 阻挡层阻挡层 势垒层势垒层 内电场内电场不能移动的杂质正离子和不能移动的杂质正离子和杂质负离子形成的空间电杂质负离子形成的空间电荷区称为荷区称为 PN 结：结：1.2.1 PN 结的形成结的形成 (1) PN 结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时 PN 结外加正向电压结外加正向电压 内外电场方向相反内外电场方向相反 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 PN 结变薄结变薄 多数载流子的扩散运动占优势多数载流子的扩散运动占优势 表现

3、为电流很大，电阻很小表现为电流很大，电阻很小 外加电压使 PN 结：P 区接电源的正极，N 区接电源的负 极，称为外加正向电压，简称正偏。 1.单向导电性1.2.2 PN 结的特性结的特性 (2) PN 结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况PN结加反向电压时PN 结外加反向电压结外加反向电压内外电场方向一致内外电场方向一致PN结变厚结变厚少数载流子的漂移运动占优势少数载流子的漂移运动占优势表现为电流很小，电阻很大表现为电流很小，电阻很大外加电压使PN结：N 区接电源的正极，P 区接电源的负极，称为外加反向电压，简称反偏。 在一定的温度条件下，由本征激发决定在一定的温度条件下，由本征

4、激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为，这个电流也称为反向饱和电流。反向饱和电流。 1.2 PN 结的特性结的特性2. PN 结的击穿特性 3. PN 结的电容效应结的电容效应PN 结两端电压改变时，会引起积累在结两端电压改变时，会引起积累在PN 结的结的空间电荷量空间电荷量和和两中性区的非平两中性区的非平衡少数载流子数量衡少数载流子数量的变化，从而显示出的变化，从而显示出PN 结的电容效应。结的电容效应。 PN 结电容包括结电容包括势垒电容势垒电容

5、 和扩散电容和扩散电容。雪崩击穿: 低掺杂的 PN 结中齐纳击穿: 高掺杂的 PN 结中电击穿: 可逆的热击穿:不可逆1.2 PN 结的特性结的特性相当于势垒区放电相当于势垒区放电当当PN 结结正偏电压增大或反偏电压减小正偏电压增大或反偏电压减小空间电荷量减小空间电荷量减小耗尽层变窄耗尽层变窄 (1) 势垒电容势垒电容示意图总之总之,1.PN 结的结的势垒电容是用来描述势垒区的空间势垒电容是用来描述势垒区的空间电荷量随电压变化而产生的电容效应电荷量随电压变化而产生的电容效应。2. PN 结反偏时结反偏时，势垒电容的作用明显势垒电容的作用明显。1.2 .1 PN 结的特性结的特性扩散电容示意图总

6、之总之1.扩散电容是用来描述势垒区外侧的非平衡少子积累引起的电容效应。扩散电容是用来描述势垒区外侧的非平衡少子积累引起的电容效应。2.正偏时正偏时,扩散电容的作用明显扩散电容的作用明显。相当于电容的充电过程相当于电容的充电过程当外加正偏电压增大时当外加正偏电压增大时多子扩散在对方中性区成为非平衡少子多子扩散在对方中性区成为非平衡少子结区边界附近少子浓度梯度最高结区边界附近少子浓度梯度最高(2) 扩散电容1.2.2 PN 结的特性结的特性在 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) 点接触型二极管点接触型二极管 PN 结面积小，结电容小

7、，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1.结构和类型1.2.3 半导体二极管半导体二极管(c)平面型(3) 平面型二极管平面型二极管用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN 结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型1.2.3 半导体二极管半导体二极管 2.伏安特性曲线IS是为反向饱和电流是为反向饱和电流V 为二极管两端的电压降为二极管两端的电压降VT=kT/q 温度的电压当量温度的电压当量) 1(eTSVVII k 为玻耳兹曼常数，k=1.3810-23J/K q 为电子电荷量, q=1.610-19C T 为热力学温度 对于室温T=

8、300 K ，则有 VT=26 mV 1.2.3 半导体二极管半导体二极管(1) 正向特性硅二极管的死区电压 Vth=0.5 V 左右， 锗二极管的死区电压 Vth=0.1 V 左右。 当 0 V Vth 时，正向电流为零， Vth 称为死区电压。 当 V 0 即处于正向特性区域，分为两段：当 V Vth 时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。1.2.3 半导体二极管半导体二极管(2) 反向特性当 V 0 时，即处于反向特性区域，分两个区域： 当 VBR V 0 时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流。 当 V VBR 时，反向电流急剧增加， VBR

9、 称为反向击穿电压。1.2.3 半导体二极管半导体二极管3.半导体二极管的参数二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。（1）最大整流电流IF二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。1.2.3 半导体二极管半导体二极管（2）反向击穿电压 VBR（3）最大反向工作电压 VRM (4) 反向电流 IR (5) 正向压降 VF(6) 动态电阻 rd 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安 (nA) 级；锗二极管在微安(

10、uA)级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约 0.6 0.8V ；锗二极管约 0.2 0.3V 。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。rd与工作电流的大小有关， rd=VT/ID1.2.3 半导体二极管半导体二极管4. 半导体二极管的温度特性温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加。硅二极管温度每增加 8，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加 12，反向电流大约增加一倍。温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1，正向压降 VF(VD) 大约减小2mV ，即具有负的温度系数。1.2.3 半导体二极管半导体二极管5.半导体二极管的型号国家标准对半

11、导体器件型号的命名举例如下：1.2.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管图片1.2.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管图片1.2.3 半导体二极管半导体二极管半导体二极管图片1.2.3 半导体二极管半导体二极管（1）稳压管利用PN结反向击穿特性，通过特殊工艺制造而成。1.2.4 特殊二极管特殊二极管（2）变容二极管利用PN结势垒电容的大小与外加电压有关。变容二极管通常在反偏转态下工作，改变反偏电压的大小可以调节电容量。（3）光敏二极管 光敏二极管是将光信号转换为电信号的常用器件。（4）发光二极管 发光二极管通常是用如砷化镓、磷化镓等化合物制成的。 当管子通以电流时会发出光来。稳压二极

12、管的伏安特性 (b)(c)(a)稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样。(b) 伏安特性(c) 应用电路1.2.4 特殊二极管特殊二极管 (1) 稳定电压 VZ(2) 动态电阻 rZ在规定的稳压管反向工作电流 IZ 下，所对应的反向工作电压。 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求rZ 愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ1.2.3 特殊二极管特殊二极管 （1）最大整流电流 稳压管的最大功率损耗取决于PN 结的面积和散热等条件。反向工作时PN 结的功率损耗为 PZ=VZIZ ，由PCM和VZ可以决定IZmax 。 (3) 最大稳定工作电流IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax 。而Izmin 对应VZmin 。 若IZ IZmin 则不能稳压。1.2.4 特殊二极管特殊二极管 (2) 最大耗散功率 PCM