常用半导体器件及应用
常见半导体
常见半导体
半导体材料是当今科技文明发展的基石，在各个领域的应用中发挥着至关重要的作用。
由于学习成本的降低，各种半导体材料被广泛应用在各种电子元器件中，如电路、晶体管、敏感器件等。
本文将简要介绍半导体材料中最常用的几种，诸如碳、硅、氮化硅和氮化镓等，以及它们的特点、用途和应用。
碳
碳是一种半导体材料，几乎每个电子元器件中都有它的应用，它具有优越的特性，如易于加工，导电性良好，可简便地制造出不同形状的零件等等。
由于它的这些优越的特性，很多电子设备的零件都是由碳材料制成的，比如风扇、电池管、变压器、电视机和微处理器等等。
硅
硅是另一种常见的半导体材料，它具有高硬度，可以耐受比较高的温度，以及可以较容易地被刻录出来的特点。
因此，硅也可以用于制作各类电子元器件，比如晶体管、半导体探测器、激光器、热敏元件等。
氮化硅
氮化硅是由硅和氮组成的半导体材料，它具有优良的热稳定性和热导率，并且具有电子载流子移动率较高的性质。
因此，在微波及高频电子设备中，氮化硅常被用作半导体器件，如微波调制器、无线电台、收发器等。
氮化镓
氮化镓是由氮和镓组成的半导体材料，具有优良的电绝缘性，具有抗热强度和化学稳定性，在高温下仍然能够保持其绝缘性能。
因此，氮化镓经常被用在电力电子技术、传感技术、电力电子设备和科学研究等领域中。
综上所述，碳、硅、氮化硅和氮化镓都是半导体材料中最常见的几种，它们分别具有各自的特点和用途，并且在各个行业中都发挥着重要的作用。
因此，了解半导体材料的性质，能够更好地掌握电子技术的实际应用。
半导体器件及其应用
RL
图1.1.9
设u2= U2 2 sinωtV，
在u2的正半周内，二极管VD正偏导通，此时有电流经过二极管流 过负载，忽略二极管上压降，负载上输出电压uO=u2，输出波形与 u2相同。
在u2负半周内，二极管VＤ承受反向电压，此时二极管截止， 负载 上无电流流过，输出电压uO=0，此时u2电压全部加在二极管VＤ上。
反向饱和电流
硅管的反向饱和电流为1微安以下
锗管的反向饱和电流为几十到几百微安
反向击穿电压。
－U(BR)
－ 30 IR
发生反向击穿后，
C
造成二极管的永久性损坏，
C′
iV / m A 锗
15 B′
B
10
5
O A′
A
0.2 0.4 0.6 0.8
－5
硅
uV / V
失去单向导电性。
(A)
D D′
1.2.3 温度对二极管特性的影响
当ui>Us1时，VD1处于正向偏置而导通，使输出电压保持在Us1。。
当ui<-Us2时， VD2处于正向偏置而导通，输出电压保持在-Us2。由于输出电压uo被 限制在+Us1与-Us2之间，即|uo|≤5V, 好像将输入信号的高峰和低谷部分削掉一样, 因 此这种电路又称为削波电路。 输入、 输出波形如图1.1.6(b)所示。
五、用汉语拼音字母表示规格号，反映了管子承受反向击穿电压的程 度。如A、B、D….其中A承受反向击穿电压最低,B次之….
例 1.1在图1.1.6中，已知稳压二极管的UVDZ=6.3V, 当 UI=±20V，R=1kΩ时，求UO。已知稳压二极管的正向导通 压降UF=0.7 V。
常用半导体器件原理
高压能力
IGBT可承受高压，适用于高 压应用，如电动汽车和工业 电机控制。
高开关速度
IGBT具有较快的开关速度， 可实现高频率的开关操作。
低饱和压降
由于其低饱和压降，IGBT能 够在低功耗状态下工作。
光电子器件的工作原理和应用
光电子器件将光能转换为电能或通过光控制电流。它们在通信技术、太阳能电池和光传感器等领域发挥 着重要作用。
需要负电压来控制MOSFET的导通，其导通电阻较高。
3
应用领域
从CPU到手机，各种电子设备都离不开MOSFET的快速开关特性。
JFET的工作原理和应用
JFET是一种具有电压控制的场效应管。它基于电场控制电荷分布，实现信号放大和调制功能。JFET广 泛应用于放大电路和高频应用中。
1 结构简单
JFET由一个N型或P型 半导体材料形成，具有 简单可靠的箭头指向的方向代 表电流流动的方向。
整流二极管
整流二极管将交流电转换为直流电。它在电力系 统和电源供应中使用广泛。
三极管的工作原理和分类
三极管是一种三端口的半导体器件。它可以放大电流和电压，是许多电子设备的核心部件。常见的三极 管有NPN型和PNP型。
NPN型
基极与发射极之间的电流决定了集电极电流的放大倍数。
PNP型
NPN型的相反极性。它可以用于特定的电路设计和应用需求。
MOSFET的工作原理和应用
MOSFET是一种重要的场效应管。它通过改变栅电压来控制漏电流，实现开关和放大功能。MOSFET 广泛用于微处理器和功率电子设备。
1
增强型MOSFET
通过提供正向电压来激活MOSFET，其导通电阻较低。
2
耗尽型MOSFET
化合物半导体
常用半导体器件及应用
1.1操作系统的概念
输入设备(input device)是人或外部与计 算机进行交互的一种装置，用于把原始数 据和处理这些数据的程序输入计算机中。 现在的计算机能够接收各种各样的数据， 既可以是数值型的数据，也可以是各种非 数值型的数据，如图形、图像、声音等都 可以通过不同类型的输入设备输入计算机 中，进行存储、处理和输出。
第8章 常用半导体器件及应用
8.1 半导体二极管 8.2 稳压二极管 8.3 发光二极管 8.4 二极管的应用举例(半波整流) 8.5 晶体三极管 8.6 三极管的应用举例
8.1 半导体二极管
8. 1. 1半导体基础知识
1.本征半导体 自然界的物质按其导电性能分为导体、绝缘体和半导体。半
1.1操作系统的概念
1.1.1 计算机系统
计算机系统就是按照人的要求接收和存储 信息，自动进行数据处理和计算，并输出 结果信息的机器系统。它是一个相当复杂 的系统，即使是目前非常普及的个人计算 机也是如此。计算机系统拥有丰富的硬件、 软件资源，操作系统要对这些资源进行管 理。一个计算机系统由硬件（子）系统和 软件（子）系统组成。其中，硬件系统是 借助电、磁、光、机械等原理构成的各种 物理部件的有机结合，它构成了系统下本一页身返回
1.1操作系统的概念
1．计算机硬件简介
操作系统管理和控制计算机系统中的所有 软硬件资源。由计算机系统的层次结构可 以看出，操作系统是一个运行在硬件之上 的系统软件，因此有必要对运行操作系统 的硬件环境有所了解。
计算机硬件是指计算机系统中由电子、机 械和光电元件等组成的各种物理装置的总 称。这些物理装置按系统结构的要求构成 一个有机整体，为计算机软件运行提供物 质基础。简而言之，计算机硬上件一的页 功下能一页是返回
半导体器件的基本概念和应用有哪些
半导体器件的基本概念和应用有哪些一、半导体器件的基本概念1.半导体的定义：半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，常见的有硅、锗、砷化镓等。
2.半导体的导电原理：半导体中的载流子（电子和空穴）在外界条件（如温度、光照、杂质）的影响下，其浓度和移动性会发生变化，从而改变半导体的导电性能。
3.半导体器件的分类：根据半导体器件的工作原理和用途，可分为二极管、三极管、晶闸管、场效应晶体管等。
二、半导体器件的应用1.二极管：用于整流、调制、稳压、开关等电路，如电源整流器、数字逻辑电路、光敏器件等。
2.三极管：作为放大器和开关使用，如音频放大器、数字电路中的逻辑门等。
3.晶闸管：用于可控整流、交流调速、电路控制等，如电力电子设备、灯光调节等。
4.场效应晶体管：主要作为放大器和开关使用，如场效应晶体管放大器、数字逻辑电路等。
5.集成电路：由多个半导体器件组成的微型电子器件，用于实现复杂的电子电路功能，如微处理器、存储器、传感器等。
6.光电器件：利用半导体材料的光电效应，实现光信号与电信号的转换，如太阳能电池、光敏电阻等。
7.半导体存储器：用于存储信息，如随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）等。
8.半导体传感器：将各种物理量（如温度、压力、光照等）转换为电信号，用于检测和控制，如温度传感器、光敏传感器等。
9.半导体通信器件：用于实现无线通信功能，如晶体振荡器、射频放大器等。
10.半导体器件在计算机、通信、家电、工业控制等领域的应用：计算机中的微处理器、内存、显卡等；通信设备中的射频放大器、滤波器等；家电中的集成电路、传感器等；工业控制中的电路控制器、传感器等。
以上就是关于半导体器件的基本概念和应用的详细介绍，希望对您有所帮助。
习题及方法：1.习题：请简述半导体的导电原理。
方法：半导体中的载流子（电子和空穴）在外界条件（如温度、光照、杂质）的影响下，其浓度和移动性会发生变化，从而改变半导体的导电性能。
半导体常用器件及应用
半导体常用器件及应用半导体器件是一种能够在电子器件中控制电子流动的材料。
半导体器件通常使用的材料是半导体材料，如硅、锗等。
半导体器件具有控制电流的能力，可根据电流的变化来控制电子的行为，从而实现各种电子功能。
下面将介绍一些常用的半导体器件及其应用。
1. 二极管二极管是最简单的半导体器件之一，具有两个电极，即P型半导体和N型半导体。
它具有允许电流在一个方向上流动，而在另一个方向上阻止电流流动的特性。
二极管的主要应用包括整流器，用于将交流电转换为直流电，还可用于电压稳定器、电源等。
2. 晶体管晶体管是一种可以放大和开关电信号的半导体器件。
它由三个层次的半导体材料组成，分别是基极、射极和集电极。
晶体管的操作基于两种类型的电信号：输入信号和控制信号。
它广泛应用于放大器、开关、计算机存储器、微处理器等。
3. MOSFETMOSFET（金氧半场效应晶体管）是一种常见的半导体器件，用于放大或开关电信号。
它由四个区域构成，包括漏极、源极、栅极和绝缘层。
MOSFET的主要应用包括放大器、开关、电源开关等。
4. SCR（可控硅）可控硅是一种具有触发控制能力的半导体器件，可以在接通状态下保持导通状态，只有在触发条件满足时才能断开。
SCR主要应用于电力控制中，如温度控制、电炉、电焊机等。
5. LED（发光二极管）LED是一种能够将电能转换为光能的半导体器件。
当电流通过LED时，它会发射出可见光。
由于其高效能和长寿命的特性，LED广泛应用于照明、指示灯、电子设备显示等。
6. 激光二极管激光二极管是一种半导体器件，当电流通过它时，会发射出激光光束。
激光二极管具有小尺寸、低成本和高效能的特点，被广泛应用于光通信、激光打印、激光扫描等。
7. CCD（电荷耦合器件）CCD是一种半导体器件，用于将光能转换为电荷，并通过逐行读取电荷来捕捉图像。
CCD广泛应用于数码相机、摄像机、光谱仪等图像传感器领域。
8. 太阳能电池太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的半导体器件。
半导体材料及器件的研究与应用
半导体材料及器件的研究与应用半导体是一种能在某些条件下导电的材料，因此在现代电子技术中得到了广泛应用。
随着时代的发展，半导体的材料和器件设计也不断更新迭代，使电子设备越来越小型化，效率越来越高。
本文将介绍半导体材料及器件的一些研究和应用方面。
一、半导体材料的种类半导体材料的常见种类有硅、锗、砷化镓（GaAs）、硒化铟（In2Se3）等。
其中，硅是最为广泛应用的半导体材料之一，因为它的电学性能稳定，并且在制造过程中比较容易控制。
二、半导体器件的种类半导体器件常用的有三极管、场效应管（FET）、整流器、变压器等。
其中，三极管是电子学中最重要的器件之一，它可以用于信号放大、开关、振荡等许多领域。
FET则用于放大和控制电流等方面。
三、半导体材料和器件的研究在半导体材料和器件的研究中，半导体材料的制备和器件的设计优化是两个不可分割的方面。
半导体材料的制备：制备高质量的半导体材料是半导体器件研究的关键。
常用的制备方法包括化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）等。
器件的设计优化：器件的设计优化是半导体器件研究中的另一个关键方面。
通过对器件结构的优化，可以提高器件的性能和稳定性，缩小器件体积，降低器件能耗等。
四、半导体材料和器件的应用半导体材料和器件在现代电子技术中得到了广泛应用。
其中，光电子器件、可穿戴设备、人工智能等领域应用的增长尤为迅速。
光电子器件：光电子器件是指将光电效应与半导体器件相结合的器件。
这些器件包括太阳能电池、光电二极管、激光二极管、LED等，目前已广泛应用于太阳能光伏、通信、信息显示等领域。
可穿戴设备：半导体材料和器件在可穿戴设备中的应用具有重要的意义。
通过半导体技术的应用，可穿戴设备可以在小体积的情况下实现多功能操作，比如智能手表、运动手环等。
这些设备有助于使用者进行健康数据跟踪、音乐播放、通话和浏览网页等多种操作。
人工智能：人工智能（AI）是目前各行业最热门的研究领域之一。
半导体材料和器件在人工智能领域的应用也越来越广泛，比如GPU（图形处理器）等半导体器件就是一种为AI应用量身定制的处理器。
半导体基本器件及应用电路
半导体基本器件及应用电路1. 引言半导体基本器件是现代电子技术的基石，广泛应用于各个领域的电路设计中。
本文将介绍一些常见的半导体基本器件及其在电路中的应用。
2. 二极管二极管是一种具有两个电极的半导体器件，通常由PN结构组成。
它具有单向导电性，当施加正向电压时，电流可以流过二极管；而当施加反向电压时，电流几乎不会通过二极管。
2.1 理论原理二极管的导电特性可以通过PN结构的电子云移动来解释。
当施加正向电压时，P区的空穴趋向于向N区移动，而N区的电子趋向于向P区移动。
因此，在PN结处形成一个空穴和电子云的复合区域，称为耗尽区。
2.2 应用示例二极管广泛应用于电路中的整流器、电压稳定器和开关等电路中。
在整流器中，二极管可以将交流信号转换为直流信号；在电压稳定器中，二极管可以使输出电压稳定在一个恒定的值；在开关电路中，二极管可以用作开启或关闭电路的开关。
3. 三极管三极管是一种具有三个电极的半导体器件，通常由两个PN结构组成。
它可以放大电流和信号，并在电路中起到放大和开关作用。
3.1 理论原理三极管的原理可以通过PNP或NPN三层结构的电子云移动来解释。
当施加正向电压时，电子从PN结中的N区向P区移动，从而导致电流流动；而当施加反向电压时，电子从N区向P区移动，导致电流几乎不流动。
3.2 应用示例三极管在放大器和开关电路中得到了广泛应用。
在放大器电路中，三极管可以放大小信号输入，并将其输出为大信号；在开关电路中，三极管可以打开或关闭电路。
4. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，是现代电子技术中最常见的半导体器件之一。
它具有高输入阻抗、低功耗和高速开关特性。
4.1 理论原理MOSFET是由一个PN结和一个金属-氧化物-半导体结构组成。
在接通时，当正向电压施加至栅极和源极之间时，形成一个电子通道，导致电流流动。
在截止时，电子通道被切断，电流不再流动。
4.2 应用示例MOSFET在集成电路和功率电子设备中得到了广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
空穴
多数载流子（简称多子）
自由电子
少数载流子（简称少子）
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
多子—空穴 P型半导体
－ － －－
+
－ － －－
+
－ － －－
+
多子—电子 N型半导体 + ++ +++ + ++
少子—电子
少子—空穴
无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，通常对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。 只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成为半导体器件。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
一 半导体的基础知识 2 本征半导体
自由电子，带负电荷，电子流
载流子
空穴 ，带正电荷，空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
一 半导体的基础知识 2 杂质半导体
在中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。
N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。 P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等，称为P型半导体。
P
内电场
N
外电场
–+
PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
二 晶体二极管
1 晶体二极管的结构
晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制 成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等，不过从国内的习惯上讲，晶 体管有时多指晶体三极管。
陶瓷、玻璃等。 半导体： 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、
锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是4价元素，原子的 最外层轨道上有4个价电子。
一 半导体的基础知识 1 半导体的特性
热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显増强。 光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。(可制成
各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管、光电池等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力 明显改变。
+4
+4 +4
束缚电子
，接近绝缘体。
一 半导体的基础知识 2 本征半导体
+4
+4 +4
+4 空穴 +4
+4
自由电子
+4
+4 +4
当温度升高或受到光的 照射时，束缚电子能量增 高，有的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电 ，成为自由电子。
自由电子产生的同 时，在其原来的共价键 中就出现了一个空位， 称为空穴。
4 PＮ结及其单向导电性
（2）PN结的单向导电性
①外加正向电压（也叫正向偏置）——电源正极接P区，负极接N区
外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N 区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这 时称PN结处于低阻导通状态。
空间电荷区
变窄
＋
P
＋N
＋
I 外电场
一 个 PN 结 加 上 相 应 的 电 极 引 线 并 用管壳封装起来，就构成了半导体 二极管，简称二极管。符号一般用 VD表示。
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
+
-
符号
阳极
阴极
图片
二 晶体二极管
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（1）PN结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。 载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。 在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流 子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩 散运动。 将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导 体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→ PN结。
内电场
E
R
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（2）PN结的单向导电性
②外加反向电压（也叫反向偏置）——电源正极接N区，负极接P区
外加电场加强内电场，漂移运动超过扩散运动，N区空穴飘移到P区，P区电 子漂移到N区，形成很小的反向漂移电流，称为反向饱和电流，这时称PN结 处于高阻截止状态。
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
一 半导体的基础知识
2 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，
常称为“九个9”。 本征半导体的共价键结构
+4
+4 +4
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键
紧紧束缚在共价键中，不
+4
+4 +4
会成为自由电子，因此本
征半导体的导电能力很弱
激发形成的空穴为少数载流子）。
自由电子
多数载流子（简称多子）
空穴
少数载流子（简称少子）
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
（2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素 的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价 电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运 动，称为空穴半导体或P型半导体（其中空穴为多数载流子，热激发形 成的自由电子是少数载流子）。
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
（1） N型半导体
在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素
的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一
个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导
电，称为电子半导体或N型半导体（其中自由电子为多数载流子，热
电工电子技术
——电子技术与实训
第一章 常用半导体器件
一 半导体的基础知识 二 晶体二极管 三 晶体三极管 四 场效应管
一 半导体的基础知识
在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 导 体： 很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。 绝缘体： 不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、橡胶、
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（1）PN结的形成 扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结
多子扩散
阻止
形成空间电荷 区产生内电场
促使
少子漂移
P区
N区
＋ ＋＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋
载流子的扩散运动
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
一 半导体的基础知识