半导体器件知识点归纳二
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识半导体器件的基本知识，真是个神奇的世界。
咱们常常提到“半导体”，脑海里浮现出那些小小的芯片，觉得它们离我们有点遥远。
其实，半导体就在我们身边，像个无形的助手，让生活变得更加便利。
一、半导体的基本概念1.1 半导体是什么？半导体，简单来说，就是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它们在某些条件下能导电，在其他情况下又不导电。
是不是听上去有点神秘？其实，最常见的半导体材料就是硅。
我们用的手机、电脑，里面的处理器，几乎都离不开硅的身影。
1.2 半导体的特性半导体有很多奇妙的特性，比如它的电导率。
温度变化、杂质掺入，都会影响它的导电性能。
说白了，半导体的电性就像人心一样，瞬息万变。
通过控制这些特性，工程师们可以设计出各种各样的电子器件。
二、半导体器件的类型2.1 二极管咱们来聊聊二极管。
这小家伙看似简单，却是半导体世界的基石。
二极管只允许电流朝一个方向流动。
它就像个单行道，确保电流不走回头路。
常见的应用就是整流器，把交流电转成直流电。
这在生活中非常重要，大家用的手机充电器，就离不开二极管的帮助。
2.2 晶体管接下来是晶体管。
晶体管的发明可谓是科技界的一场革命。
它不仅能放大电信号，还能用作开关，控制电流的流动。
晶体管的出现，让电子产品变得更小、更快。
你知道吗？现代计算机的核心，CPU，里面就有成千上万的晶体管在默默工作。
2.3 其他器件还有很多其他的半导体器件，比如场效应管、光电二极管等。
每种器件都有其独特的用途和应用领域。
它们一起构成了一个复杂而又和谐的生态系统。
可以说，半导体器件的多样性是现代科技发展的动力。
三、半导体的应用3.1 消费电子说到应用，咱们首先想到的就是消费电子。
手机、平板、电视，都是半导体的舞台。
随着科技的进步，半导体技术不断演变，产品功能越来越强大，性能越来越高。
可以说，半导体让我们的生活变得丰富多彩。
3.2 工业应用除了消费电子，半导体在工业中也大显身手。
自动化设备、传感器、控制系统，全都依赖于半导体技术的支持。
半导体物理与器件知识点
半导体物理与器件知识点
一、肖特基势垒二极管
欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。
接触电阻很低。
金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。
之间形成势垒为肖特基势垒。
在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。
影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。
金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。
半导体器件基础
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
6
N型半导体和P型半导体
多余电子
N型半导体
硅原子
【Negative电子】
+4
+4 +4
在锗或硅晶体内
掺入少量五价元素
杂质，如磷；这样
+4
在晶体中就有了多 磷原子 余的自由电子。
+4
+5 +4 +4 +4
多数载流子——自由电子
少数载流子——空穴
不失真——就是一个微 弱的电信号通过放大器 后，输出电压或电流的 幅度得到了放大，但它 随时间变化的规律不能 变。
放大电路是模拟电路中最主要的电路,三极管是 组成放大电路的核心元件。
具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、
手机、扩音器等等。
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利用三极管组成的放大电路，最常用的接法是：基 极作为信号的输入端，集电极作为输出端，发射极 作为输入回路、输出回路的共同端（共发射极接法）
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饱和工作状态
调节偏流电阻RP的阻值， 使基极电流充分大时，集电 极电流也随之变得非常大， 三极管的两个PN结则都处于 正向偏置。集电极与发射极 之间的电压很小，小到一定 程度会削弱集电极收集电子 的能力，这时Ｉb再增大， Ｉc也不能相应地增大了， 三极管处于饱和状态，集电 极和发射极之间电阻很小， 相当开关接通。
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▪ 几种常见三极管的实物外形
大功率三极管
功率三极管
普通塑封三极管
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▪ 三极管的分类
① 按频率分
高频管 低频管
硅管 ③ 按半导
体材料分 锗管
② 按功率分
半导体器件复习.
2.组成开关电路及工作原理
〔a〕当be间加上正向电压，cb间加上 反向电压时，三个电极将产生图示方向 的三个电流IB、IC、IE。
IB
VBB VBE Rb
IC=IB
VCE=VCC-ICRc
IE=IC+IB
当Rb↓ IB↑ IC↑ ICRc↑ VCE↓ 0.7V
〔b〕当IB足够大时，三极管可以作开关 运用，其等效电路如图：
输出特性分为三个工作区： 可变电阻区、放大区和夹断区
增加型NMOS管转移特性和输出特性 UT 2V ID0 50A
〔a〕可变电阻区
需要满足的条件是：
U G SU T,U D S U G S U T
此时，沟道未预夹断，沟道较宽， 用一个体电阻等效。
R UI DS
DS
UGSCon.st D
〔b〕放大区 〔恒流区、饱和区〕 工作条件：
三、场效应管的构造、特点与参数
场效应晶体管是电压掌握电流型器件。其工 作电流主要由多数载流子的漂移运动形成， 故又称为单极型晶体管。 依据构造和制造工艺的不同，场效应管分为 两大类：
结型场效应管〔J－FET〕 绝缘栅场效应管〔MOS－FET〕
场效应管的分类：
增强型
N 型 FET
MOSFET
当正极电压高于负极，二极管就 导电，相当于开关闭合，二极管两端 压降为0；当正极电压低于负极，二极 管截止，相当于开关断开。
3. 组成“与”门电路
VA VB DA DB VO 0 0 导电 导电 0 0 3 导电 截止 0 3 0 截止 导电 0 3 3 导电 导电 3
A BO 0 00 0 10 1 00 111
放射结正向偏置，集电结反向偏置—三极 管于放大状态
半导体器件基础知识
半导体基础知识一、半导体本础知识（一）半导体自然界的物质按其导电能力区别，可分为导体、半导体、绝缘体三类。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之前的物质，其电阻率在10-3~109Ω范围内。
用于制作半导体元件的材料通常用硅或锗材料。
（二）半导体的种类在纯净的半导体中掺入特定的微量杂质元素，能使半导体的导电能力大提高。
掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。
根据掺杂元素的性质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体。
（三）PN结及其特性1、PN结：PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路的基础。
它是由P型半导体和N型半导体相“接触”后在它们交界处附近形成的特殊带电薄层。
2、PN结的单向导电性：当PN结外加正向电压（又叫正向偏置）时，PN结会表现为一个很小的电阻，正向电流会随外加的电压的升高而急速上升。
称这时的PN结处于导通状态。
当PN结外加反向电压（以叫反向偏置）时，PN结会表现为一个很大的电阻，只有极小的漏电流通过且不会随反向电压的增大而增大，这时的电流称为反向饱和电流。
称这时的PN结处于截止状态。
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
3、频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。
导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。
二、半导体二极管（一）半导体二极管及其基本特性1、半导体二极管：半导体二极管（简称为二极管）是由一个PN结加上电极引线并封装在玻璃或塑料管壳中而成的。
其中正极（或称为阳极）从P区引出，负极（或称为阴极）从N区引出。
以下是常见的一些二极管的电路符号：普通二极管稳压二极管发光二极管整流桥堆2、二极管的伏安特性二极管的伏安特征如下图所示：二极管的伏安特性曲线（二）二极管的分类二极管有多种分类方法1、按使用的半导体材料分类二极管按其使用的半导体材料可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管等。
半导体器件基础知识
半导体器件基础知识目录一、半导体器件概述 (2)1.1 半导体的定义与特性 (3)1.2 半导体的分类 (3)1.3 半导体的应用领域 (4)二、半导体器件基础理论 (5)2.1 二极管 (6)2.1.1 二极管的分类与结构 (8)2.1.2 二极管的特性与应用 (9)2.2 晶体管 (10)2.2.1 晶体管的分类与结构 (11)2.2.2 晶体管的特性与应用 (13)2.3 集成电路 (15)2.3.1 集成电路的分类与结构 (16)2.3.2 集成电路的特性与应用 (18)三、半导体器件制造工艺 (19)3.1 晶圆制备 (20)3.2 淀积与光刻 (21)3.3 蚀刻与退火 (22)3.4 封装与测试 (23)四、半导体器件设计 (24)4.1 设计流程与方法 (24)4.2 特征尺寸与制程技术 (25)4.3 低功耗设计 (27)4.4 高性能设计与优化 (28)五、半导体器件测试与可靠性 (29)5.1 测试方法与设备 (30)5.2 可靠性评估与提升 (32)5.3 环境与寿命测试 (33)六、新兴半导体器件与发展趋势 (34)6.1 量子点半导体器件 (36)6.2 纳米半导体器件 (37)6.3 光电半导体器件 (38)6.4 三维集成与先进封装技术 (39)一、半导体器件概述半导体器件是现代电子工业中的核心组件，它们在各种电子设备中发挥着至关重要的作用。
半导体器件基于半导体材料，如硅（Si）和锗（Ge），这些材料的导电性介于导体和绝缘体之间。
通过控制半导体器件中掺杂离子的浓度和类型，可以实现其电学特性的精确调整，从而满足不同电子系统的需求。
半导体器件广泛应用于放大器、振荡器、开关、光电器件、传感器等多种功能模块。
集成电路（IC）是半导体器件的一种重要形式，它将成千上万的半导体器件紧密地封装在一个微小的芯片上，形成了一个高度集成化的电子系统。
集成电路在计算机、手机、汽车电子等领域的应用尤为广泛，极大地推动了信息技术的发展。
半导体器件 基本知识
(1-32)
(3)、主要参数 （1）最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正 向平均电流。
（2）反向击穿电压VBR
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流 剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而 烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般 是VBR的一半。
(1-33)
N中的电子（都是多子）向对方运动 （扩散运动）。 3、P中的电子和N中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的电流很 小。
(1-26)
2.2 PN结的单向导电性 PN结加上正向电压、正向偏置的意
思是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意
思是： P区加负、N区加正电压。
结构特点：
集电区： 面积较大
B 基极
C 集电极
N P N
E 发射极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
(1-46)
C 集电极
N
B
P基极NFra bibliotekE 发射极
集电结 发射结
(1-47)
4.2 电流放大原理
基区空
穴向发
射区的
扩散可
B
忽略。
进入P区的电子
少 空部穴分复与合R基，B 区形的成 电 扩流散I到BE集E，B电多结数。
（2）电压温度系数U（%/℃） 稳压值受温度变化影响的的系数。
（3）动态电阻
r UZ
Z
I Z
(1-41)
（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、 Izmian。
（5）最大允许功耗
PZM U Z I Z max
(1-42)
3.2 光电二极管 反向电流随光照强度的增加而上升。
半导体器件基本知识
模拟电路
2009/03
1.2 半导体二极管
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线 结
P
N
符号
+
阳极
阴极
模拟电路
2009/03
二极管按结构分三大类： 二极管按结构分三大类：
PN结面积小，结电容小， 结面积小，结电容小， 结面积小 用于检波和变频等高频电路。 用于检波和变频等高频电路。
(1) 点接触型二极管
代表器件的材料， 为 型 ， 为 型 ， 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型G， C为N型Si， D为P型Si。 为 型 ， 为 型 。
2代表二极管，3代表三极管。 代表二极管， 代表三极管 代表三极管。 代表二极管
模拟电路
2009/03
一 、半导体二极管的V—A特性曲线 半导体二极管的 特性曲线
铝金金金 正正正正
负正正正 N型型 型
外外
模拟电路
2009/03
(2) 面接触型二极管
正正正正 P型型 型 铝铝铝铝铝 N型型 型
PN结面积大，用于 结面积大， 结面积大 工频大电流整流电路。 工频大电流整流电路。 用于集成电路制造工艺中。 用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，用 结面积可大可小， 于高频整流和开关电路中。 于高频整流和开关电路中。
ui − U REF－U D 4V − 2V − 0.7 V I＝ = = 1.3mA R 1k
I
UREF
+
uO -
u o = U REF + U D = 2V + 0.7V = 2.7V
模拟电路 2009/03
如果u 为幅度± 的交流三角波 波形如图（ ）所示， 的交流三角波， （2 如果 i为幅度±4V的交流三角波，波形如图（b）所示， 分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型 分析电路并画出相应的输出电压波形。 分析电路并画出相应的输出电压波形。 ui
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三、双极结型晶体管
1、BJT的分类
代表工艺、名称、代表类型
2、偏压与工作状态
各种偏压与所对应的工作状态、模拟电路和数字电路应用
3、少子浓度分布与能带图
各个区的少子浓度分布
均匀基区和缓变基区各种工作状态下的能带图画法
4、放大系数
放大电路的两种基本类型：共基极和共发射极
两种基本类型下的直流短路电流放大系数和静态电流放大系数的定义及其计算
两类放大系数间的关系及其典型范围
5、基区输运系数
基区输运系数的定义及近似计算公式
6、基区渡越时间
基区渡越时间的定义及其计算公式
计算公式中各表达式的物理意义
7、发射结注入效率
发射结注入效率的定义及其计算公式
8、缓变基区晶体管的电流放大系数
自建场因子（基区漂移系数）的概念
缓变基区晶体管的基区输运系数、基区渡越时间、发射结注入效率、电流放大系数与均匀基区大致相同，注意区分即可
9、小电流时放大系数的下降
解释产生该现象的原因
10、发射区重掺杂效应
解释其现象、原因及减轻措施
11、BJT的直流电流电压方程
共基极和共发射极的直流电流电压方程
倒向晶体管的概念
倒向晶体管放大系数比正向晶体管小的多的原因
倒向晶体管和正向晶体管的互易关系
12、BJT的直流输出特性
熟悉集电极电流的推导
共基极和共发射极输出特性图
13、基区宽度调变效应
厄尔利效应产生的现象
厄尔利电压的定义及其计算
减小厄尔利效应的方法
14、BJT反向特性
浮空电势的概念
三种反向电流的定义与测量及他们之间的相互关系（物理图像）
共基极和共发射极接法的雪崩击穿电压的定义及测量
发射结击穿电压
15、基区穿通效应
基区穿通电压的计算
基区穿通效应对BJT反向特性的影响
16、基极电阻
基极电阻的定义
基极电阻的主要组成
方块电阻的定义及其计算
17、大注入效应
稍微了解，基本同PN结
大注入效应对电流放大系数的影响
18、基区扩展效应
基区扩展（Kirk）效应的定义
基区扩展效应对电流放大系数的影响
19、基区输运系数与频率的关系
渡越时间的三个作用
基区输运系数的准确表达式（包括缓变基区）
20、四个主要时间常数
发射结势垒电容充放电时间常数（影响注入效率）
发射结扩散电容充放电时间常数（基区渡越时间，影响基区输运系数）
集电结耗尽区延迟时间
集电结势垒电容经集电区充放电的时间常数
理解定义及物理意义
21、晶体管电流放大系数与频率的关系
共基极和共发射极高频小信号下短路电流放大系数及其截止频率
截止频率的定义
22、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量
23、高频小信号电流电压方程
共基极和共射极高频小信号下的电流电压方程，理解公式中各符号意义及其表达式小信号等效电路示意图
24、高频晶体管最大功率增益与最高震荡频率
最大功率增益的定义及计算
高频优值的定义及计算
最高震荡频率的定义及计算
理解的基础上记住公式为主，不要求推导
25、影响特征频率与功率增益的因素
对高频晶体管结构的基本要求：浅结、细线条、无源基区重掺杂、N+沉底上生长N-外延层
第三部分的知识点比较繁多而且是考试重点，在理解内容的基础上多总结，对比各个知识点总结出规律，得出相关结论。