半导体器件基础
半导体器件基础
半导体器件基础半导体器件是现代电子技术中极其重要的组成部分，它们广泛应用于电子设备和通信系统中。
本文将介绍半导体器件的基础知识，包括半导体材料、PN结、二极管、晶体管和集成电路。
一、半导体材料半导体器件的核心是半导体材料。
半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，它的导电性能在室温下较低，但在特定条件下可被控制增强。
常见的半导体材料有硅和锗。
半导体材料的导电特性取决于其原子晶格的结构和杂质的掺入。
二、PN结PN结是半导体器件中常见的结构之一。
它由一个掺杂有三价杂质的P区和一个掺杂有五价杂质的N区组成。
在PN结中，P区的杂质原子会释放出空穴，而N区的杂质原子则释放出电子。
当P区和N区相接触时，空穴和电子将发生复合，形成电势垒。
这种电势垒在正向偏置和反向偏置下表现出不同的特性。
三、二极管二极管是最简单的半导体器件之一。
它由PN结组成，具有两个引线，分别为阴极和阳极。
二极管可用于整流、开关和发光等应用。
在正向偏置下，电流可以顺利通过二极管；而在反向偏置下，电流将被截断。
四、晶体管晶体管是半导体器件的一种重要类型。
它由三个掺杂不同的区域组成，分别为发射极、基极和集电极。
晶体管可用于放大、开关和振荡等电路中。
具体而言，当有电流流经基极时，晶体管将放大电流，并将其从发射极传递到集电极。
五、集成电路集成电路是将大量的半导体器件和电子元件集成在单个芯片上的技术。
它是现代电子技术发展的重要里程碑，使得电子设备更小、更强大。
集成电路分为两种主要类型：模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路用于处理连续变化的信号，而数字集成电路则用于处理离散的数字信号。
综上所述，半导体器件作为现代电子技术的基础，具有广泛的应用前景。
通过了解半导体材料、PN结、二极管、晶体管和集成电路等基础知识，我们可以更好地理解和应用半导体器件，推动电子技术的进步和创新。
半导体器件基础
半导体器件基础一、引言半导体器件是现代电子技术的基础，广泛应用于通信、计算机、消费电子等各个领域。
本文将对半导体器件的基础知识进行介绍，包括半导体材料、PN结、二极管和晶体管。
二、半导体材料半导体器件的制作材料主要是硅（Si）和锗（Ge）。
这两种材料的原子结构中，外层电子数与内层电子数相差较小，使得它们具有较好的导电性能。
此外，硅和锗还具有稳定的化学性质和较高的熔点，适合用于制作半导体器件。
三、PN结PN结是半导体器件中最基本的结构之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
在PN结中，P型半导体中的空穴（正电荷）和N型半导体中的电子（负电荷）会发生扩散，形成空间电荷区。
空间电荷区中的电荷分布形成了电场，使得PN结两侧形成了正负电势差。
当外加电压使得PN结正向偏置时，空间电荷区变窄，电流可以通过；当外加电压使得PN结反向偏置时，空间电荷区变宽，电流无法通过。
PN结的这种特性使其成为二极管和晶体管等器件的基础。
四、二极管二极管是一种最简单的半导体器件，由PN结组成。
二极管具有只能单向导通电流的特性，即正向偏置时电流可以通过，反向偏置时电流无法通过。
二极管广泛应用于电路中的整流、限流和保护等功能。
五、晶体管晶体管是一种三层PN结的器件，由发射极、基极和集电极构成。
晶体管的工作方式取决于PN结的偏置状态。
当PN结适当偏置时，发射极和集电极之间的电流受到基极电流的控制。
晶体管可以放大电流和信号，广泛应用于放大器、开关和逻辑电路等领域。
六、其他半导体器件除了二极管和晶体管，半导体器件还包括场效应晶体管（FET）、可控硅（SCR）等。
FET是一种基于电场控制的器件，具有高输入阻抗和低噪声的特点，适用于放大和开关电路。
SCR是一种具有双向导通特性的器件，广泛应用于交流电控制领域。
七、结论半导体器件基础知识对于理解和应用现代电子技术至关重要。
本文介绍了半导体材料、PN结、二极管和晶体管等基本概念。
通过深入学习和理解半导体器件的基础知识，我们可以更好地应用和创新电子技术，推动科技进步和社会发展。
第7章 半导体器件基础
7.3 晶体管
图7-������
16
晶体管的安全工作区
3)集电极-发射极反向击穿电压U（BR)CEO，是指当基极开路时，
7.3 晶体管
集电极-发射极间允许加的最高反向电压，通常比U(BR)CBO小一些。 (3) 集电极最大允许耗散功率PCM 由于集电极电流在流经集电结 时将产生热量，使结温升高，从而引起晶体管参数变化。
电工与电子技术
主编
第7章 半导体器件基础
7.1 半导体的基础知识
7.2 半导体二极管 7.3 晶体管 7.4 晶闸管
7.1 半导体的基础知识
1)热敏性：半导体对温度很敏感，随着温度的升高，其导电能力 大大增强。 2)光敏性：半导体对光照也很敏感，当受光照射时其导电能力大
大增强。 3)掺杂性：半导体对“杂质”很敏感，掺杂以后导电能力大大增 强。 7.1.1 本征半导体
7.2 半导体二极管
2)反向电压增加到一定数值时(如曲线中的C点或C′点)，反向电流 急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击 穿电压，用UBR表示，曲线中CD段(或段)称为反向击穿区。
7.2.3 二极管的主要参数 二极管的参数是反映二极管性能的质量指标，工程上必须根 据二极管的参数，合理地选择和使用二极管。 (1)最大正向整流电流IFM 它是指二极管长期工作时所允许通过的 最大正向平均电流。 (2)最高反向工作电压UFM 它是指二极管工作时所允许加的பைடு நூலகம்高 反向电压，超过此值二极管就有被反向电压击穿的危险。 (3)反向电流IR 它是指二极管未被击穿时的反向电流值。 (4)最高工作频率fM 主要由PN结电容大小决定。
图7-������
12 晶体管电流的实验电路
7.3 晶体管
第一章半导体器件基础知识
第一节
第 一 节 半 导 体 的 基 本 知 识
第二节
第三节
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
3
第一章 半导体器件基础知识
本章概述
第一节
第二节
三、本征半导体 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。 共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中 有自由电子和空穴两种载流子参与导电。 空穴产生：价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束 缚后留下的空位，空穴带正电。
+ + VD
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
u
i
C
RL
uo
第三节
£ -
£ -
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
21
第一章 半导体器件基础知识
六、特殊二极管
本章概述
第一节
1．发光二极管 发光二极管（LED）是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的外 型和符号如图1－12所示。在LED的管头上一般都加装了玻璃透镜。
R
+ VD +
ui Us O t
第一节
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
第三节
+
第四节
ui
Us
uo
uo Us O t
第五节
－
图1－８ 单向限幅电路 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
18
－
－
第一章 半导体器件基础知识
本章概述
(2)双向限幅电路 通常将具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，电路 及其输入波形如图1-９所示。图中电源电压U1、U2用来控制它的上、 下门限值。
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。
36
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）
38
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。
27
▪ 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
28
▪ 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
半导体器件基础要点课件
05 半导体器件应用与展望
半导体器件在电子设备中的应用
集成电路
01
半导体器件是集成电路的基础组成部分，用于实现各种逻辑功
能和电路控制。
数字逻辑门
02
半导体器件可以构成各种数字逻辑门，如与门、或门、非门等
，用于实现数字信号的处理和运算。
微处理器和存储器
03
微处理器和存储器是半导体器件的重要应用领域，用于实现计
详细描述
半导体器件可以分为分立器件和集成电路两大类。分立器件 包括二极管、晶体管等，它们主要用于信号放大、转换和控 制。集成电路是将多个器件集成到一个芯片上，实现更复杂 的功能，如运算、存储和处理等。
半导体器件的发展历程
总结词
半导体器件的发展经历了三个阶段，即晶体管的发明、集成电路的诞生和微电子技术的 飞速发展。
包括热导率、热膨胀系数等参数，影 响半导体的散热性能和可靠性。
光学性能
包括能带隙、光吸收系数、光电导率 等参数，影响半导体的光电转换性能 。
03 半导体器件工作原理
PN结的形成与特性
PN结的形成
在半导体中，通过掺杂形成P型和N型半导体，当P型和N型半导体接触时，由 于多数载流子的扩散作用，在接触面形成一个阻挡层，即PN结。
硅基MEMS器件的特点与优势
高度集成
硅基MEMS器件可以在微米尺 度上实现复杂的功能，具有极
高的集成度。
长寿命
硅基材料具有优异的机械性能 和化学稳定性，使得硅基 MEMS器件具有较长的使用寿 命。
低功耗
硅基MEMS器件的功耗较低， 适用于对能源效率要求较高的 应用场景。
可靠性高
硅基MEMS器件的结构简单， 可靠性高，不易出现故障。
第1章-半导体器件基础
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡， I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻： 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）电压温度系数U（%/℃）
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
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。
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半导体器件基础
●作者：（美国）安德森·天林
●出版社：清华大学出版社
●发布时间：2008年3月
●书号：9787302164135
●格式：16
●定价：69.00元
内容介绍
半导体器件基础知识（翻译版）不仅包括量子力学，半导体物理学和半导体器件（包括二极管，场效应晶体管，双极晶体管和光电器件）的基本工作原理，还包括现代半导体器件及其最新发展实际应用。
例如，分析了对现代小型设备的电气特性有重大影响的二阶效应，并推导了公式，并给出了描述小型设备特性的最新数学表达式；考虑到异质结在场效应器件，双极型器件和光电器件中的日益增长的应用，本书着重于半导体异质结；随着半导体制造设备和工艺技术的改进，实
现了“能带工程”，带来了器件性能的提高。
因此，在专注于硅材料和硅器件的基础上，基础半导体器件（翻译版）还引入了化合物半导体器件，合金器件（如SiGe，AlGaAs）和异质结器件。
“半导体器件基础知识（翻译版）”还使用电路分析程序SPICE模拟了器件的I-V特性，并对简单电路进行了稳态和瞬态分析。
半导体器件基础知识（翻译版）不仅是一本很好的教科书，而且还是微电子学及相关领域的工程师和技术人员的参考书。
作者Betty Lise Arldexson是俄亥俄州立大学工程学院的电气工程教授，并教授许多本科和研究生课程。
他已经在工业界工作了九年，并拥有丰富的研究经验。
他目前从事用于通信，雷达和信息处理的光子设备的研究。
因此，与实际设备应用程序的紧密集成也是半导体器件基础（翻译版）的一项功能。