常用半导体器件基本知识与类型
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。
常用半导体器件
1.特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
硅管0.5V, 开启电压
锗管0.1V。
外加电压大于开启 电压二极管才能通。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
一、本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压， 一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例，用万用 表测试 C、E 间的阻值，阻值 越大，表示 ICEO 越小。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1．片状三极管的封装 小功率三极管：额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管，一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
精选课件
21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
精选课件
22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
常用半导体器件
流的限流电阻！
稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA， Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻 R=200 ，求iZ。
若负载电阻变化范围为1.5 k -- 4 k ，是否还能稳 压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
i
工作原理： 无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管
• 作业 • 1.3 1.4 1.6 1.7
§1.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
PN结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。
i/ mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反 向
0 0.5 1.0 u / V 击穿电–压0.002
特
U(BR–) 0.004
性
图 1.1.8 PN结的伏安特性
反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿
四、PN结的电容效应
当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
ui和uo的波形如图所示
u o /V
10
t
O
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
五、稳压二极管
限流电阻
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
半导体二极管，也叫晶体二极管。它由一个PN结构成，具有单向导电性，是整流电路的核心器件。
几种常见二极管的外形
二极管的结构及电路符号 二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
二极管的特性——单向导电性
二极管在电路中受外加电压控制共有两种工作状态： 正向导通和反向截止。 正向导通特性： 正向电压达到一定程度（硅二极管为0.6V,锗二极管为0.2V）， 二极管导通，正向电流增加很快，导通时正向电压有一个很小的变化，就会引起正向电流很大的变化，两引脚之间的电阻很小，相当于开关接通。
小结
半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。半导体具有热敏、光敏、杂敏等特性。常用的半导体材料是硅和锗，并被制作成晶体。 半导体导电时有两种载流子（自由电子和空穴）参与形成电流。在纯净的半导体中掺入不同的微量杂质，可以得到N型半导体（电子型）和P型半导体（空穴型）。 P型半导体和N型半导体相连接在结合处形成PN结，PN结的基本特性是具有单向导电性。
多数载流子——自由电子 少数载流子——空穴
N型半导体主要是电子导电。
N型半导体和P型半导体
P型半导体 【Positive空穴】
1
在锗或硅晶体内掺入少量三价元素杂质，如硼；这样在晶体中有了多余的空穴。
2
空穴
3
硼原子
4
硅原子
5
多数载流子——空穴 少数载流子——自由电子
6
P型半导体主要是空穴导电。
7
PN结及其增大，PN结被电击穿，失去单向导电性。如果没有适当的限流措施，PN结会被热烧毁。
综上所述
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通（相当开关闭合）； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止（相当开关断开）。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性（开关特性）。
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。
半导体器件的基本知识
1.4.2 光敏二极管
a) 光敏二极管伏安特性曲线
b) 光敏二极管图形符号
图1-17 光敏二极管伏安特性曲线及图形符号
1.4.3 发光二极管
发光二极管简写为LED，其工作原理与光电二极管相反。 由于它采用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，所以在通 过正向电流时，由于电子与空穴的直接复合而发出光来。
a) 发光二极管图形符号
b) 发光二极管工作电路
图1-18 发光二极管的图形符号及其工作电路
1.5 双极型晶体管
• 双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor， BJT），简称晶体管，它是通过一定的工艺 将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结 之间相互影响，BJT表现出不同于单个PN 结的特性，具有电流放大作用，使PN结的 应用发生了质的飞跃。
1．输入特性曲线 UCE=0V的输入特性曲线类似二极管正向于特性曲线。UCE≥1V时，集电极 已反向偏置，而基区又很薄，可以把从发射极扩散到基区的电子中的绝大 部分拉入集电区。此后，UCE对IB就不再有明显的影响，其特性曲线会向 右稍微移动，但UCE再增加时，曲线右移很不明显，就是说UCE≥1V后的 输入特性曲线基本是重合的。所以，通常只画出UCE≥1V的一条输入特性 曲线。
PN结的两端外加不同极性的电压时，PN结呈现截然 不同的导电性能。
1．PN结外加正向电压
当外加电压V，正极接P区，负极接N区时，称PN结外加正 向电压或PN结正向偏置(简称正偏)。外加正向电压后，外 电场与内电场的方向相反，扩散与漂移运动的平衡被破坏。 外电场促使N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正 空间电荷，P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间 电荷，整个空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子 的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（正向电流）。在 一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，PN结呈现出一 个阻值很小的电阻，称为PN结正向导通。
- 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)。
常用半导体器件
1.1.2 PN 1. PN 结的形成 在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成 P型半导体,另一边形成N型半导体。 在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空 间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场 的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强, 多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳 定的特殊的薄层,即PN结。因为在空间电荷区内多数载流 子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电 荷区又称为耗尽层。
常用半导体器件
常用半导体器件基 本知识和类型
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
• 1.1 半导体基础知识 • 1.2 半导体二极管 • 1.3 晶体三极管 • 1.4 场效应管
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体的基础知识 图1.1表示的是由二极管、 灯泡、 限流电阻、 开关 及电源等组成的简单电路。 电路演示如下: 按图1.1(a)所示, 闭合开关S, 灯泡发光, 说明电路导通。 若二极管管脚调换位置, 如图1.1(b)所示, 闭合开关S, 灯泡不发光, 由以上演示结果可知: 二极管具有单向导电性。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
2．半导体的共价键结构 在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都 是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电 子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而 且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面 围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原 子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子 联系在一起,称为共价键结构。如图1.2所示。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子: 电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。 本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相 反而形成的电流方向相同,如图1.5所示。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
＋4
＋4
＋4
原空穴处
由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作 用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电 子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转 移到这个新的空位上,如图1.4所示。为了区别于自由电子 的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为 空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等,
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
2. PN结的单向导电特性 在PN结两端外加电压,称为给PN 1) PN 给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电 源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),如图1.7所示。 由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内 电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多 数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向 导通状态。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
＋4
＋4
＋4
由于热激发而产 生的自由电子
＋4
＋4
＋4
自由电子移走后 留下的空穴
＋4
＋4
＋4
图1.3 本征激发产生电子空穴对示意图
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空 穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。 我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对 的现象,称为本征激发,又称为热激发。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具 有导电性能。P型半导体共价键结构如图1.6(b)所示。
＋4
＋4
＋4
杂质原子提供 的多余的电子
＋4
＋5
＋4
杂质正离子
＋4
＋4
＋4
(a)
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
＋4
＋4
＋4
受主原子
邻近的电子落入受主的 空位留下可移动的空穴
＋4
＋4
＋4
价电子 填补轨迹
＋4
＋4
＋4
现空穴处 图1.4 电子与空穴的移动
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
I 自由电子 空穴
U A
图1.5 两种载流子在电场中的运动
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
3．杂质半导体 1) N 在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素 （如磷）后,就可成为N型半导体,如图1.6(a)所示。在这 种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主, 故此类半导体亦称电子型半导体。 2) P 在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如 硼（或铟）等。硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子 组成共价键时,因缺少一个电子,
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
V
＋ 3V
－
2CZ54C S
H R
V
＋
2CZ54C H
U
3V
－
R
S
(a)
(b)
图 1.1 半导体二极管导电性能的实验
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
1． 自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝 缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之 间。它具有热敏性、光敏性和掺杂性。利用光敏性可 制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性 可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、 不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应 管等。
＋4
＋3
＋4
可移动的空穴
受主获得一个电子
＋4
＋4
＋4
Hale Waihona Puke 而形成一个负离子(b)图1.6 (a)N型半导体；
(b)P型半导体
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多 数载流子(简称“多子”),自由电子为少数载流子(简称“少 子”)。导电以空穴为主,故此类半导体又称为空穴型半 导体。
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
大块晶体中
的局部结构
＋4
＋4
＋4
两个电子的共价键
＋4
＋4
＋4
正离子核
＋4
＋4
＋4
图1.2 硅和锗的共价键结构
常用半导体器件基本知识和类型
常用半导体器件
当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价 电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得 一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由 电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这 个空位称为空穴,如图1.3所示。