1章 半导体二极管及其电路分析
引言半导体二极管是*简单的半导体器件,它由一个PN结构成,其主要特性是单向导电性。利用二极管可以构成整流电路、限幅电路、门电路、低电压稳压电路等多��应用电路。为了帮助理解半导体器件的工作原理和特性,本章首先介绍半导体的基本知识和PN结的单向导电性;然后**介绍普通二极管的主要特性,并结合实例介绍二极管的基本应用电路及其分析方法;*后,简要介绍几种特殊二极管。
1.1半导体的基础知识
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。在自然界中属于半导体的物质很多,用来制造半导体器件的材料主要有硅(si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等,其中单晶结构的硅是目前*常用的半导体材料。所谓单晶,是指晶格排列完全一致的晶体,而晶体是指由原子、离子或分子按照一定的空间次序排列而形成的具有规则外形的固体。硅和锗半导体都是晶体,因此,半导体管也常称为晶体管。
1.1.1 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。纯净的硅和锗都是四价元素,其原子的*外层轨道上有四个电子(称为价电子),因此可用图1.1.1(a)所示的简化模型表示其原子结构,图中的“+4”代表四价元素原子核和内层电子所具有的净电荷,外圈上的4个黑点表示4个价电子。在本征硅(或锗)半导体中,原子形成有序的排列,价电子为相邻的原子所共有,这种结构称为共价键。每个原子都和相邻的4个原子相结合组成4对共价键,如图1.1.1(b)所示。共价键中的价电子将受到共价键的束缚,在**零度且无光照时,价电子不能摆脱共价键的束缚,这时的本征半导体不能导电。
在室温或光照下,少数价电子能够获得足够的能量摆脱共价键的束缚成为自由电子,同时在共价键中留下一个空位,如图1.1.1(b)所示,这种现象称为本征激发,这个空位称为空穴。本征激发将成对地产生自由电子和空穴。原子失去价电子后将带正电,可等效地看成是因为有了带正电的空穴。空穴很容易吸引邻近共价键中的价电子去填补。