模电复习-二极管及基本电路、半导体材料与PN结特性

本章重点在于二极管的特性、曲线以及基本电路的分析方法，以下是重点知识以及例题

常用的半导体材料有哪些？

主要有：硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。其中硅是最常用、最广泛的半导体材料，因其储量丰富、热稳定性好、氧化膜性能优良。

●硅原子波尔原子模型最外层有几个电子？一个硅原子要与周围

的几个硅原子形成共价键？

最外层电子数：硅原子最外层有4个电子（价电子）共价键数量：一个硅原子与周围的4个硅原子形成4个共价键，构成正四面体结构的晶体

●什么是本征半导体？什么是本征激发？

●什么是半导体中的载流子，有哪两种载流子？

能够自由移动的带电粒子，自由电子、空穴

●什么是空穴？空穴用来描述谁的导电？

●什么是掺杂半导体，有哪两种掺杂半导体？

●如何形成P型半导体，P型半导体的多子和少子是什么？

• 多数载流子（多子）：空穴

• 少数载流子（少子）：电子

●如何形成N型半导体，N型半导体的多子和少子是什么？

• 多数载流子（多子）：电子

• 少数载流子（少子）：空穴

在半导体中，载流子有哪两种运动？分别如何描述？

1. 漂移运动：在电场作用下，载流子的定向运动，运动方向与电场方向有关

2. 扩散运动：由于浓度差引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动

●PN结是如何形成的？PN结还有其他三个别名，是什么？

• 形成过程：P型半导体与N型半导体结合后，因浓度差产生多子扩散，在交界面形成空间电荷区，产生内建电场，最终扩散与漂移达到动态平衡

• 三个别名：空间电荷区、耗尽层、势垒区

●什么是PN结的单向导电性？PN结的正向偏置和反

相偏置是什么？

• 单向导电性：PN结在正向偏置时导通，反向偏置时截止的特性

• 正向偏置：P区接正极，N区接负极，外电场削弱内建电场，PN结导通

• 反向偏置：P区接负极，N区接正极，外电场增强内建电场，PN结截止

●用I-V特性图和方程如何表述PN结的单向导电性？

• 伏安特性方程：iD​=IS​(euD​/UT​−1)

  • IS​ ：反向饱和电流

  • UT​ ：温度电压当量（常温约26mV）

• 特性描述：

  • 正向：uD​>0 时，电流随电压指数增长

  • 反向：uD​<0 时，电流很小（≈IS​ ），基本保持不变

●什么是PN结的反向击穿?有哪两种电击穿？●电击穿和热击穿产生后造成的结果有什么不同？

●PN结的电容效应影响半导体器件的什么特性？

主要影响半导体器件的高频特性，限制工作频率

●PN结的电容效应描述成为哪两种电容？

• 势垒电容（CB​ ）：描述耗尽层电荷变化

• 扩散电容（CD​ ）：描述扩散区非平衡少子电荷变化

●PN结正偏和反偏时，那种电容起主导作用？

• 正向偏置：扩散电容起主导作用

• 反向偏置：势垒电容起主导作用

●二极管是PN结的物化器件，其结构可分为哪两类？各自特点是？

1. 点接触型二极管

   • 特点：结面积小，结电容小，工作频率高，但允许通过的电流小

   • 应用：高频检波、脉冲数字电路

2. 面接触型二极管

   • 特点：结面积大，结电容大，工作频率低，但允许通过的电流大

   • 应用：整流电路

重点：二极管曲线及其特性

●请记住二极管的I-V特性曲线图，曲线图可以分成几个部分，各自

描述了二极管的什么特性？描述每个特性是怎么样的。

曲线分为三大部分：

1. 正向特性

   • 描述：存在死区电压（硅管约0.5V，锗管约0.1V），超过后电流指数增长

   • 特点：导通后压降基本稳定（硅管约0.7V，锗管约0.2V）

2. 反向特性

   • 描述：反向电压下仅有很小的反向饱和电流IS​ （硅管nA级）

   • 特点：电流几乎不随电压变化

3. 反向击穿特性

   • 描述：反向电压超过击穿电压UBR​后，电流急剧增大

   • 特点：击穿后电压基本稳定

●二极管的主要参数有哪些？

●如果二极管用于检波、开关电路，我们应最关心哪些参数？

• 最高工作频率fM​（要求结电容小）

• 反向恢复时间trr​（影响开关速度）

• 正向压降UF​

●如果二极管用于整流电路，我们应最关心哪些参数？

• 最大整流电流IF​（承受负载电流）

• 最高反向工作电压UR​（承受反向峰值电压）

• 反向恢复时间trr​（高频整流时重要）

●二极管是一种非线性器件，为了避免分析非线性电路的复杂，通常

使用哪两种分析方法进行分析？

1. 图解法：利用特性曲线和负载线作图求解

2. 模型分析法（等效电路法）：用线性电路模型等效非线性二极管

●使用图解法分析的前提是？

• 已知二极管的伏安特性曲线

• 已知外电路参数（电源电压、负载电阻等）

●描述使用图解法求解二极管两端电压电流的过程。

1. 列负载线方程：根据KVL写出 UD​=VCC​−ID​R

2. 画特性曲线：在坐标系中画出二极管伏安特性曲线

3. 画负载线：在坐标系中画出负载线（两点法：ID​=0 时UD​=VCC​ ；UD​=0 时ID​=VCC​/R ）

4. 确定工作点：特性曲线与负载线的交点Q即为静态工作点

5. 读取数值：Q点的横坐标为UD​ ，纵坐标为ID​

●图解法有什么优点和缺点？

• 优点：直观形象，能全面反映器件工作状态，便于观察参数变化的影响

• 缺点：过程繁琐，精度不高，需已知特性曲线，不适合复杂电路分析

●模型分析法中，介绍了几种二极管的简化模型？

●模型分析法中，介绍了哪几种常用的二极管电路

重点：用模型法分析，求电压

书中介绍的特殊二极管， 一共有哪几种？

1. 稳压二极管（齐纳二极管）

2. 肖特基二极管

3. 光电二极管

4. 发光二极管（LED）

5. 变容二极管

●稳压二极管正常工作时处于什么状态？

反向击穿状态（利用PN结的反向击穿特性来稳定电压）

●肖特基二极管有什么特点？

• 正向压降小（约0.3-0.5V，硅管0.7V）

• 开关速度极快（反向恢复时间极短，ps级）

• 结电容小（适合高频）

• 反向耐压低（一般<100V）

●光电二极管是将什么转换成什么的器件？

将光信号转换成电信号的器件（工作在反向偏置状态）

●某年的诺贝尔物理学奖发给了什么颜色的LED？

2014年诺贝尔物理学奖发给了蓝色LED

●LED发光后如何形成激光？

LED + 粒子数反转 + 光学谐振腔 = 半导体激光器

重点练习

参考康华光第七版模电