二极管文档格式.docx
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三、PN结的击穿特性
当PN结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿。
PN结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用VB表示。
反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。
1．雪崩击穿
p;
当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。
当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的"
电子一空穴对"
。
这些新的"
，又被强电场加速再去碰撞其它原子，产生更多的"
如此链锁反应，使结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流。
这种击穿称为雪崩击穿。
显然雪崩击穿的物理本质是碰撞电离。
2．齐纳击穿
齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。
由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达
左右）。
在强电场作用下，会强行促使PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成"
，从而产生大量的载流子。
它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。
显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。
采取适当的掺杂工艺，将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8～1000V。
而齐纳击穿电压低于5V。
在5～8V之间两种击穿可能同时发生。
杂质半导体的导电特性
本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不宜直接用它制造半导体器件。
半导体器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半导体制成。
根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。
一、N型半导体
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格
上的某些位置。
如图Z0103所示。
由图可见，磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成共价键结构，多余的1个价电子在共价键之外，只受到磷原子对它微弱的束缚，因此在室温下，即可获得挣脱束缚所需要的能量而成为自由电子，游离于晶格之间。
失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。
磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。
在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的空穴的数目不变。
这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数目就远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。
显然，参与导电的主要是电子，故这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。
二、P型半导体
在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据
晶格上的某些位置，如图Z0104所示。
由图可知，硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。
这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。
同时，邻近共价键上出现1个空穴。
由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。
在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成为多数载流于，而电子则成为少数载流子。
显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体
半导体的导电特性
常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。
所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。
非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。
一、本征半导体的原子结构
半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图Z0102所示。
它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。
通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核，如图Z0101所示。
惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。
二、本征激发
一般来说，共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获得一定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由电子。
理论和实验表明：
在常温（T＝300K）下，硅共价键中的价电子只要获得大于电离能EG（=1.1eV）的能量便可激发成为自由电子。
本征锗的电离能更小，只有0.72eV。
当共价键中的一个价电子受激发挣脱原子核的束缚成为自由电子的同时，在共价键中便留下了一个空位子，称为"
空穴"
当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个空穴又可能被相邻原子的价电子填补，再出现新的空穴。
价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于带正电荷的空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。
为了区别于自由电子的运动，把这种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正点荷的载流子。
电子一空穴对
本征激发
复合：
当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复一个共价键，与此同时消失一个"
电子一空穴"
对，这一相反过程称为复合。
动态平衡：
在一定温度条件下，产生的"
和复合的"
数量相等时，形成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，达到动态平衡时"
维持一定的数目。
可见，在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而金属导体中只有自由电子一种载流子，这也是半导体与导体导电方式的不同之处
半导体导电特性导体、绝缘体和半导体
自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。
导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流。
因而导体的电阻率很小，只有
金属一般为导体，如铜、铝、银等。
绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、塑料等。
在这类材料中，几乎没有自由电子，即使受外电场作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在
以上。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在
之间。
半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。
如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为
，若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为
，几乎降低了一百万倍。
半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。
半导体基础知识及PN结
在我们的日常生活中，经常看到或用到各种各样的物体，它们的性质是各不相同的。
有些物体，如钢、银、铝、铁等，具有良好的导电性能，我们称它们为导体。
相反，有些物体如玻璃、橡皮和塑料等不易导电，我们称它们为绝缘休（或非导体）。
还有一些物体，如锗、硅、砷化稼及大多数的金属氧化物和金属硫化物，它们既不象导体那样容易导屯，也不象绝缘体那样不易导电，而是介于导体和绝缘体之间，我们把它们叫做半导体。
绝大多数半导体都是晶体，它们内部的原子都按照一定的规律排列着。
因此，人们往往又把半导体材料称为晶体，这也就是晶体管名称的由来（意思是用晶体材料做的管子）。
物体的导电性能常用电阻率来表示。
所谓电阻率，就是某种物体单位长度及单位截面积的体积内的电阻值。
电阻率越小，越容易导电；
反之，电阻率越大，越难导电。
导体、绝缘体的电阻率值随温度的影响而变化很小。
但温度变化时，半导体的电阻率变化却很激烈；
每升高1℃，它的电阻率下降达百分之几到百分之几十。
不仅如此，当温度较高时，整体电阻甚至下降到很小，以致变成和导体一样。
在金属或绝缘体中，如果杂质含量不超过干分之一，它的电阻率变化是微不足道的。
但半导体中含有杂质时对它的影响却很大。
以锗为例，只要含杂质一千万分之一，电阻率就下降到原来的十六分之一。
锗是典型的半导体元素，是制造晶体管的一种常用材料（注：
当前的半导体元器件生产以硅SILicon材料为主）。
现以锗为例来说明如何会在半导体内产生电流、整流性能和放大性能。
我们知道，世界上的任何物质都是由原了构成的。
原子中间都有一个原子核和者围绕原子核不停地旋转酌电子。
不同元素的原子所包含的电子数目是不同的。
蔗原子的原子核周围有32个电子，围绕着原子核运动。
原子核带有正电荷．电子带有负电荷；
正电荷的数量刚好和全部电子的负电荷数量相等，所以在平时锗原子是中性的。
电子围绕原子核运动，和地球围绕太阳远行相似。
在核的引力作用下，电子分成几层按完全确定的轨道运行，而且各层所能容纳的电子数日也有一定规律。
如图所示：
在锗原子核周围的32个电子组成四层环，围绕原子核运动。
从里往外数，第一层环上有2个电子，其余依次为8、18、4个电子。
凡是环上的电子数为2、8、18时．这些环上的电子总是比较稳定的。
若环上的电子数不等于以上各数时，这些环上的电子总是不太稳定。
因此，锗原子结构中，第一、二、三层的电于是稳定的，只有第四层（即最外一“层）的4个电于是不稳定的。
因最外一层的电子没有填满到规定的数目。
我们把最外一层的电子叫做价电子。
一般来说，最外层有几个价电子，其原子价就为几。
锗的最外层有4个价电子，所以锗的原子价为4。
受外界作用，环上的电子可以克服原子核的吸引力而脱离原子，自由活动成为自由电子。
这些自由电子在电场力的作用下，产生空间运动，就形成了电流。
可以想像，由于最外层的价电子离核比较远，所受引力最小，所以最容易受外界影响而形成自由电子。
因此，从导电性能看，价电子是很重要的。
我们所说的锗元素就是依靠它最外层的4个价电子进行导电的。
锗晶体内的原子很整齐的排列着。
各个原子间有相互排斥的力量，而每个原子除了吸引自己的价电子外，还吸引相邻原子的价电子。
因此，两个相邻原子的价电子便成对地存在。
这一对电子同时受这两个原子核的吸引，为它们所“共有”。
这两个相邻原子也通过这个电子对被联系在一起。
这样，电子对就好像起了键（联结）的作用，我们叫它共价键。
每一个锗原子以其4个价电子与其他4个锗原子的价电子组成4个共价键而达到稳定状态。
在理想情况下，锗晶体中所有的价电子都织成了电子对，因此没有自由电子，这时锗晶体是不易导电的。
但在外力作用下，如受温度变化，其中可能会有一个价电子脱离键的束缚，挣脱共价键而跳出来，成为自由电子。
这时共价键中出现了一个空位，我们把这个空位叫做空穴。
由于原子本身正电荷和负电荷相等，故原子失去了电子后，整个原子就带正电荷，称为正离子。
正离子容易吸引相邻原子的价电子来填补，电子离开后所留下的空位，使相邻原子中又出现空穴，而这个新出现的空穴，又可能为别的电子去填充。
电子这样不断地填充空穴，就使空穴的位置不断地在原子问转移。
空穴的转移，实际上也是电子（电荷）的运动，所以也就形成电流，这叫做空穴流。
而原来失去的屯子，在晶体中运动，形成了电子流。
为了便于叙述，今后就认为空穴在运动，而且把它当作一个正电荷来看（实际上是空穴所在的原子呈现一个单位正电荷的电量）。
由于空穴和电子都带有电荷，它们的运动都形成电流，所以就统称它们为载流子。
一块不含有杂质的、品格完整的半导体叫做本征半导体。
因为它品格完整，如果有一个电子从共价键中释放出来，必定留下一个空众。
所以本征半导体中电子和空众总是成对地出现，它们的数日相等，称为电子一空穴对。
在常温下，由于热运动的结果，在本征半导体中会产生一定数量的电子一空穴对，形成电子流和空穴流，总的电流是两者之和。
如没有外界电场作用，电子和空穴的这种运动是杂乱无章的，电子流和空穴流方向也是不定的，结果互相抵消，没有净电流出现。
但在电场作用下，这种半导体两端就出现电压，电子向正端方向运动，空穴向负端方向运动，形成了定向电流，半导体内就产生电流了。
本征半导体因电场作用而产生的导电现象就叫本征导电。
通常，我们很少见到本征半导体，大多遇到的都是P型半导体或N型半导体。
前面说过，半导体中加进了杂质，电阻率就大大降低。
这是因为加进杂质后，空穴和电子的数目会大大增加。
例如，在锗晶休中掺入很少一点三价元素铟，由于铟的价电子只有三个，渗入锗晶体后，它的三个价电子分别和相邻的三个锗原子的价电子组成共价键，而对相邻的第四个锗原子，它没有电于拿出来和这个锗原子“共有”了，这就留下了一个空穴（见图1一3（c））。
因为掺入了少量的杂质铟，就会出现很多空穴；
这是因为即使是少量的，里面含有的原子数目却不少。
杂质半导体中空穴和电子数目不相等，在电场作用下，空穴导电是主要的，所以叫空穴型半导体或者说是P型半导体。
换句话说，P型或空穴型半导体内是有剩余空穴的，掺入的杂质提供了剩余空穴。
在P型半导体中，空穴是多数，所以称空穴为多数载流子；
电子数目少，就叫少数裁流子。
渗入的杂质能产生空穴接受电子，我们叫这种杂质为受主杂质。
如果把五价元素砷掺入锗晶体中，砷原子中有5个价电于，它和四个锗原子的价电子组成共价键后，留下一个剩余电子，这个剩余电子就在晶体中到处游荡，在外电场作用下形成定向电子流。
掺入少量的砷杂质就会产生大量的剩余电子，所以称这种半导体为电子型半导体或N型半导体。
在这种半导体中有剩余电子，这时电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。
因为砷是施给剩余电子的杂质，所以叫做施主杂质。
如果没有外电场的作用，不论N型或P型半导体，它们的载流子运动是无规则的，因此，不会形成电流。
把一块P型半导休和N型半导体紧密联接在一起时（实际上只能用化学方法将两个原来独立的锗片合在一起）．就会发现一个奇怪的现象，即在它们的两端加上适当的电压时，会产生单向导电观象。
因为这时在它们的交界面上形成了一个所谓P?
N结的结构，单向导电现象就发生在这一薄薄的P?
N结中。
P?
N结是晶体管的基础，它是由扩散形成的。
我们知道，P型半导体内空穴是多数载流子，即空穴的浓度大；
而N型半导体内电子是多数载流予，电子的浓度大。
二者接触之后，由于在P型区和N型区内电子浓度不同，N型区的电子多，就向P型区扩散，扩散的结果如图1?
4（b）所示。
N型区薄层I中部分电子扩散到P型区去，薄层I便因失去电于而带正电。
另一方面，P型区的空穴多，也会向空穴浓度小的N型区扩散，结果一部分空穴从薄层I向P（型区扩散，使薄层Ⅱ带负电。
电于和空穴的扩散是同时进行的，总的结果，P型区薄层Ⅱ流走了空灾，流进了电子，所以带负电，而N型区的薄层I流走了电子，流进了空穴，因而带正电，而且随着扩散现象的继续进行，薄层逐渐变厚，所带的电量也逐渐增加。
不过，这种扩散现象不会无休止的进行下去；
当扩散进行到一定程度后，薄层Ⅱ带了很多负电，从N型区向P型区扩散的电子总数因电子受到它的排斥不再继续增加；
同样道理，从P型区向N型区扩散的空灾总数也不再增加。
于是扩散似乎不再继续，而达到所谓“动态平衡状态”。
这时P?
N结也就形成了。
所谓P?
N结，就是指薄层I和Ⅱ所构成的带电结构。
因为它能阻止电子和空穴的继续扩散，所以也叫阻挡层。
它们之间的电位差一般称势垒或位垒。
我们用图来阐明P?
N结的单向导电性能。
依照图示方法，将P型区接电池正极，N型区接负极。
向右调动电位器，使加到P?
N结构端的电压逐颓增高，就会发现：
当电压表读数增高时，电流表的读数也随之增大。
此时，P?
N结的电阻很小，这种接法叫正向联结。
若反过来，把P型区接电池负极，而N型区接正极，这时我们会发现：
把电压增高到几十伏，电流的指示只有几个或几十个微安，此时P?
N结的电阻很大，反向电流很快就达到饱和不再增加了。
这说明电流只能沿着一个方向流过P?
N结，这个现象就叫做单向导电。
单向导电现象可以这样来解释；
因为在P型区接电池正极而N型区接负极时，外加电压的方向刚好和P?
N结势垒电压的方向相反，使薄层Ⅱ带的负电量和薄层I带的正电量减少，因此削弱了P?
N结的势垒，于是在正电压的作用下，电子和空穴的扩散又可进行，N型区的电子不断跑到P型区，P型区的空穴也不断跑到N型区，正向电流也就产生了。
而且，正向电压加得越高，P?
N结势垒削弱得越厉害，扩散也就越容易进行，正向电流也就越大。
当P?
N结和电池反向连接时，外加电压起着增强P?
N结势垒的作用，使薄层Ⅱ带的负电荷和薄层I带的正电荷增加，扩散更无法进行。
这时只有P型区的少数教流子一电子和N型区的少数我流子一空穴，受外加电压作用形成微弱的反向电流。
而少数栽流子的数目不多，所以在反向电压只有零点几伏时，反向电流就达到饱和了。
P?
N结还有一个十分重耍的特性，即所谓反向击穿电压。
当所加反向电压大到一定数值时，P?
N结电阻会突然变得很小，反向电流会骤然增大，而且是无限地增大。
这种现象叫P?
N结的反向击穿。
开始击穿时的电压数值叫反向击穿电压。
它直接限制了P?
N结用做整流和检波时的工作电压。
总之，一个简单的P?
N结具有单向导电的特性，半导体收音机正是利用这一特性来进行整流和检波的。
半导体二极管就是根据这一原理制成的
半导体基础
1、什么叫半导体？
答：
半导体顾名思义，就是指它的导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）等。
2、半导体主要有哪些特性？
半导体主要有三个特性：
1）光敏特性；
2）热敏特性；
3）掺杂特性。
所谓光敏特性是指某些半导体受到强烈光线照射时，其导电性能大大增强；
光线移开后，其导电性能大大减弱。
所谓热敏特性是指外界环境温度升高时，半导体的导电性能也随着温度的升高而增强。
所谓掺杂特性是指在纯净的半导体中，如果掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增。
3、什么是P型半导体？
根据半导体的掺杂特性，在半导体中掺入微量的硼、铝、铟、镓等元素后，半导体中就会产生许多缺少电子的空穴，使半导体中的空穴浓度大大高于自由电子的浓度，这种靠空穴导电的半导体是P型半导体。
4、什么是N型半导体？
在半导体中掺入微量磷、锑、砷等元素后，半导体中就会产生许多带负电的电子，使半导体中自由电子的浓度大大高于空穴浓度。
这种靠电子导电的半导体是N型半导体。
5、如何判别电路中晶体管的工作状态？
判别电路中晶体管工作状态，通常通过测量晶体管的极间电压来判别。
当VBE<
0.5V时，管子为截止状态，为使截止可靠，常使VBE≤0，此时发射结和集电结均处于反向偏置状态。
当VCE=VBE时，管子为饱和状态。
而当VCEVB>
VE时，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。
此时管子工作在放大状态。
6、如何判别晶体管是硅管还是锗管？
可用万用表RX100或RX1K档测量管子PN结的正向电阻，对于NPN型管子，负表笔接基极，正表笔任意一极。
对于PNP型管子，测量方法与NPN管相反。
如果表针的位置在表盘中间，此管为硅管。
如果表针位置在电阻零端时，该管为锗管。
7、晶体管的发射极与集电极可否调换使用？
将晶体管的发射极与集电极调换使用是可以的。
称这种方法为倒置使用。
但倒置后降低了晶体管的放大倍数，因此很少在放大电路中采用这种方法。
若管子倒置使用要特别注意：
管子的集-基极的反向电压应小于允许的反向击穿电压，否则要引起晶体管的损坏.
>
8、场效应管有哪些种类？
它们有哪些不同之处？
场效应管有两大类，结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
每种类型的场效应管按导电沟道又可分为N型沟道和P型沟道，按工作方式又可以分为增强型和耗尽型。
绝缘栅型场效应管与结型场效应管的不同之处在于它们的导电机构不同。
绝缘栅型场效应管是利用感应电荷的多少来改变导电沟道的性质，而结型场院效应管则是利用导电沟道之间的耗尽区的大小来控制漏极电流的。
绝缘栅型场效应管可分为增强型场效应管和耗尽型场效应管，而结型场效应管均为耗尽型场效应管。
9、使用场效应管时应注意哪些事项？
场效应管在使用时除了注意不要使主要参数超过允许值外，对于绝缘栅型场效应管还应特别注意由于感应电压过高而造成的击穿问题。
一般在使用时应注意以下几点：
（1）场效应管在使用时要注意不同类型的栅源漏各极电压的极性。
保证电压和电流不超过最大允许值。
（2）为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁都必须有外接地线。
焊接时，用带有接地线的小功率烙铁焊接，或切断电源后利用余热焊接。
焊接时还应当先焊源极后焊栅极。
（3）绝缘栅场效应管由于输入电阻极高，故不能在开路状态下保存。
即无论管子使用与否，都应将三个电极短路或用铝（锡）箔包好，不要用手指触摸以防止感
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