半导体基本器件
什么是半导体器件常见的半导体器件有哪些
什么是半导体器件常见的半导体器件有哪些半导体器件是指在半导体材料基础上制造的电子器件。
它具有介于导体与绝缘体之间的特性，既能够传导电流，又能够控制电流的大小和方向。
半导体器件广泛应用于电子、通信、计算机、光电等领域，是现代科技发展的基础之一。
半导体器件的种类繁多，涵盖了许多不同的功能和应用。
下面将介绍一些常见的半导体器件：1. 整流器件整流器件用于将交流电转换为直流电，常见的整流器件有二极管和整流桥。
二极管是最基础的半导体器件之一，通过正向电压使电流通路畅通，而反向电压则阻止电流流动。
整流桥由四个二极管组成，可以实现更高效的电流转换。
2. 放大器件放大器件可以将输入信号信号放大输出，常见的放大器件有晶体管和场效应晶体管（FET）。
晶体管通过控制输入电流，改变输出电流的放大倍数，广泛应用于各种放大和开关电路中。
FET则是利用场效应原理，通过控制栅极电压来调节输出电流。
3. 逻辑器件逻辑器件用于实现逻辑运算和数据处理，常见的逻辑器件有门电路、触发器和寄存器。
门电路包括与门、或门、非门等，用于实现与、或、非等逻辑运算。
触发器和寄存器则用于存储和传输数据，实现时序逻辑功能。
4. 可控器件可控器件可以通过控制信号来改变器件的电特性，常见的可控器件有可控硅（SCR）和可控开关。
可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，可以实现高压大电流的控制。
可控开关通过改变输入信号的状态，控制输出电路的导通和断开。
5. 光电器件光电器件将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号。
常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻和光电晶体管。
光电二极管具有较快的响应速度，可用于光电转换和光通信。
光敏电阻对光信号具有较大的灵敏度，常用于光控开关和光敏电路。
光电晶体管通过光控电流来控制电流的通断，常用于光电触发器和光电继电器。
除了以上提到的常见半导体器件，还有诸如二极管激光器、发光二极管（LED）、MOSFET、IGBT等。
这些器件在不同的应用领域发挥着重要的作用，推动着科技的不断进步和创新。
半导体基本器件
集电结反向偏置，基区中扩散到集电结附近的电子，在电场作用下漂移到集电区，形成集电极电流 IC 。
三极管电流的形成及分配 电流的分配关系 发射区电子在基区每复合一个，就要向集电区供给β个电子，这是三极管内固定不变的电流分配原则。 β称为电流放大系数， β值通常在20～200之间
（与自由电子的运动不同）
*
结论：
本征半导体中有两种载流子：
①带负电荷的自由电子②带正电荷的空穴 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为“复合”。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。
*
N型和P型半导体 (1)N型半导体
在硅晶体中掺入五价元素磷,磷原子的五个价电子有四个…多出的一个电子不受共价键的束缚,室温下很
截止条件： uBE <Uon(0.5V) 特点： IB=0， IC≈0 c ~ e 之间相当于断开的开关。
截止和饱和两个状态通称为开关状态。
2.2.2 三极管的主要参数及应用 Ib Ic 共发射极电流放大系数 = 20-200
空 穴 自由电子
少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。
3.PN结的形成
预备知识:
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
2.2.1 三极管的特性曲线
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。
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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）。
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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。
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
半导体行业专业知识-wafer知识
半导体行业专业知识-wafer知识半导体行业中的基本元器件是晶体管、二极管、场效应管、电阻、电容等，其中以晶体管为代表。
晶体管是一种能够控制电流的元器件，也是现代电子技术的基础之一。
晶体管是由p型半导体和n型半导体组成的，这些半导体在一个共同的单晶硅片中制成，这个单晶硅片就是wafer。
Wafer（圆片）是单晶硅片的俗称，是制造半导体器件的基础。
Wafer的种类有很多，如:直径125mm、150mm、200mm、300mm等。
在生产过程中，需要将晶体管等元器件在wafer上加工出来。
进一步，wafer上的晶体管等元器件需要经过电测试、工艺修正、包装等步骤，才能成为可实际使用的电子产品。
换句话说，wafer是半导体制造的基石。
制造wafer的方式通常是从多晶硅开始。
多晶硅是由小晶粒组成的晶体，其中尚含有杂质。
先将多晶硅置于炉中，并加热至一定温度使其融化然后凝结，并在此过程中控制加入杂质的数量与质量。
由于杂质会改变硅的电子特性，因此控制其数量与质量对于晶圆的电子性能有重大的意义。
在制造过程中，生产厂需对wafer表面进行多次加工，以便制造出所需的电子元器件。
在加工之前，需要对wafer进行光洁度处理，以使其表面的污垢和缺陷最小化。
接下来，需要在wafer上涂上光刻胶并通过光刻过程来形成具体的电路。
光刻胶是一种光敏感树脂，在涂刷后可以通过紫外光曝光获得所需的芯片图案。
完成光刻后，接下来就是wafer刻片阶段，将不需要的区域和多余的金属等程深度刻蚀掉，具体步骤包括干法刻蚀和液共刻蚀，以及对已经完成刻蚀的部分进行清洗和光敏胶的去除等。
除了这些基本操作以外，还需要针对性的加工wafer，定制各种不同的电子芯片，最终将它们与其他元器件组装在一起，形成具体的电子设备。
需要指出的是，在整个半导体产业链中，wafer是最基础的组成部分。
尽管其并不直接参与到电子设备的生产过程中，但是其质量对系统整体电子性能的影响非常大。
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）。
半导体基本器件
半导体基本器件引言半导体是一种具有特定电子行为的材料，既不完全是导体，也不是绝缘体。
半导体在现代电子设备中起到至关重要的作用，因为它们可以用来制造各种各样的基本器件。
这些基本器件在电路中起到关键的作用，如放大信号、控制电流等。
本文将学习和讨论一些常见的半导体基本器件，包括二极管、三极管和场效应管。
二极管二极管是一种最简单的半导体器件。
它由两个相反类型的半导体材料（P型和N型）组成，其中P区具有多余的正电荷，N区具有多余的负电荷。
这种差异导致了一个电势能壕，使得电子很难穿过二极管。
当正向电压施加在二极管上时，电子可以通过二极管流动，形成一个电流。
而在反向电压下，电子无法通过二极管，形成一个开路。
二极管被广泛用于整流电路中。
整流电路可以将交流信号转换为直流信号，通过使用二极管的开关特性来选择正向电流流向。
在直流电源中，二极管还可以作为保护器件，防止电流逆向流动。
三极管三极管是一种用来放大电流的半导体器件。
它由三个区域组成：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
发射极和基极之间是一个PN 结，称为发射结，而基极和集电极之间是另一个PN结，称为集电结。
三极管的放大作用是通过输入信号在基极端产生的小电流来控制集电极端的电流增益。
当输入信号为正向偏置时，基极电流增加，从而导致集电极电流增加。
因此，三极管可以被用作电流放大器。
此外，三极管还可以作为开关使用，当输入信号为正时，三极管工作在饱和区，导通集电极电流；当输入信号为负时，三极管工作在截止区，阻断集电极电流。
场效应管场效应管（FET）是一种用于放大和控制电流的半导体器件。
它由源极（S）、栅极（G）和漏极（D）组成。
在场效应管中，控制电流通过控制栅极电压来实现。
场效应管有两种主要类型：增强型和耗尽型。
增强型FET的栅极电压增加时，漏极电流也增加。
耗尽型FET的栅极电压增加时，漏极电流减小。
场效应管与三极管的一个重要区别是它的输入电阻更高，这使得场效应管在某些应用中更具优势。
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件半导体器件是指由半导体材料制成的用于电子、光电子、光学和微波等领域的电子元器件。
它具有半导体材料固有的特性，可以在不同的电压和电流条件下改变其电子特性，从而实现电子器件的各种功能。
常见的半导体器件有以下几种：1. 二极管（Diode）：二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管具有单向导电性，可以将电流限制在一个方向。
常见的二极管应用包括整流器、稳压器和光电二极管等。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种电子放大器和开关器件，由三层或两层不同类型的半导体材料构成。
晶体管可分为双极型（BJT）和场效应型（FET）两种。
它广泛应用于放大器、开关电路和逻辑电路等领域。
3. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：MOSFET是一种常用的场效应晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和可控性强等特点，被广泛应用于数字电路、功率放大器和片上系统等领域。
4. 整流器（Rectifier）：整流器是一种将交流电转换为直流电的器件。
它主要由二极管组成，可以实现电能的转换和电源的稳定。
整流器广泛应用于电源供电、电动机驱动和电子设备等领域。
5. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够将电能转换为光能的器件。
它具有高亮度、低功耗和长寿命等特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
6. 激光二极管（LD）：激光二极管是一种能够产生相干光的器件。
它具有高亮度、窄光谱和调制速度快等特点，广泛应用于激光打印、激光切割和光纤通信等领域。
7. 三极管（Triode）：三极管是晶体管的前身，它由三层不同类型的半导体材料构成。
三极管可以放大电流和电压，被广泛应用于放大器、调制器和振荡器等领域。
8. 可控硅（SCR）：可控硅是一种具有开关特性的器件。
它可以控制电流的导通和截止，广泛应用于交流电控制、功率调节和电能转换等领域。
9. 电压稳压器（Voltage Regulator）：电压稳压器是一种用于稳定输出电压的器件。
常用半导体器件原理
常用半导体器件原理
半导体器件是由半导体物质构成的一类特殊的电子元件，它们能够控
制电子电路中的电势。
它们主要应用于控制电流的开关，放大信号，调节
频率或连接电路的功能。
下面将介绍一些常用的半导体器件原理。
1、微处理器：
微处理器是一种基于数字技术的处理器，它可以处理复杂的数据。
它
可以控制、逻辑控制和数据处理，它能够在计算机系统中对输入数据进行
实时处理，它还可以对外输出控制信号。
微处理器通常由多个门、寄存器、状态寄存器、计算寄存器、累加器、指令寄存器和控制器等组成。
2、晶体管：
晶体管是最基本的半导体器件，它是由晶体管和三个极（正极、负极
和中间极）组成的电子器件，它有三个端子，它能控制电子电路的电流，
也可以放大输入的信号。
晶体管（通常简称为“管”）可以用来放大、限幅、滤波和截止信号、运算或抑制信号。
3、双极型晶体管：
双极型晶体管是一种两极电子器件，它是由两个晶体管组成的，它有
四个端子，它能够控制电子电路的电流。
双极型晶体管的两个极子之间电
势相反，信号由晶体管的一路传送到另一路。
双极型晶体管可以放大信号，也可以控制电子电路的开关，也可以实现反相输出功能。
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。
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空穴 自由电子
多数载流子（简称多子） 少数载流子（简称少子）
在电子技术中,将空动 （与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补
这个空穴，这样空穴便 转移到邻近共价键中。 新的空穴又会被邻近的 价电子填补。带负电荷 的价电子依次填补空穴 的运动，从效果上看， 相当于带正电荷的空穴 作相反方向的运动。
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
运动形成空间电荷区
由于浓度差，电子和空穴都要从浓度高的区域向…
扩散的结果，交界面P区一侧因失去空穴而留下不
能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能
硅 和 锗 的
晶 体 结 构 （ａ）点阵结电子和空穴
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚
成为自由电子，同时在 共价键中留下一个空位 这个空位称为“空穴” 。失去价电子的原子成 为正离子，就好象空穴 带正电荷一样。
移动的正离子，这样在交界面处出现由数量相等的
正负离子组成的空间电荷区，并产生由N区指向P
区的内扩散，促使少子漂移 12
空间电荷区变窄 内电场EIN削弱
多子 扩散
空间电荷区加宽 促使 阻止 内电场EIN增强
少子 漂移
6
2. N型和P型半导体
(1)N型半导体
在硅晶体中掺入五价元素磷,磷原子的五个价电子有 四个…多出的一个电子不受共价键的束缚,室温下很 容易成为自由电子。磷原子 失去一个电子成为正离子（ 在晶体中不能移动） 每个磷原子都提供一个自由 电子，自由电子数目大大增 加，远远超过空穴数。这种 半导体主要依靠电子导电， 称为电子型或N型半导体。 牛牛文档分享 牛牛文档分享
5
结论：
本征半导体中有两种载流子：
①带负电荷的自由电子 ②带正电荷的空穴 热激发产生的自由电子 和空穴是成对出现的， 电子和空穴又可能重新 结合而成对消失，称为 “复合”。在一定温度 下自由电偏置） 外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子 扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流 IR ，因为是少子漂移运动产生的， IR很小，这时称PN 结处于“截止”状态。 牛牛文档分享16P42
Uon≈0.5V(硅) Uon≈0.1V(锗)
掺入的杂质元素的浓度 越高，多数载流子的数 量越多。
少数载流子是热激发而 产生的，其数量的多 少决定于温度。 牛牛文档分享3. PN结的形成
预备知识:
10
Ｐ40
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。
电流 I 急剧增加。 R 牛牛文档分享182.1.2 二极管符号及主要参数
A阳极
K阴极
二极管主要参数： 1.最大正向电流 IF 2.反向击穿电压U（BR） 3.反向电能介于导体和绝缘 体之间的物质，如硅(Si),锗(Ge)。
硅和锗的原子结构模型
(a)硅原子
(b)锗原子 简化模型
硅和锗都是四价元素,原子的最外层轨（纯净的半导体晶体）
点阵结构：每个原子周围有四个相邻的原子，原子 之间通过共价键紧密结合在一起。原子最外层的 价电子不仅围绕…两个相邻原子共用一对电子
14
4. PN结的单向导电性
①外加正向电压（也叫正向偏置） 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 时的单向导电性
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N型半导体的特点：
自由电子
多数载流子（简称多子）
空穴
少数载流子（简称少子）
只要掺入极少量的杂质元素（1／106），多子的 浓度将比本征半导体载流子浓度增加近106倍。
掺入的杂质元素的浓度 越高体
在硅晶体中掺入三价元素硼,硼原子与相邻的四个硅 原子…由于缺少一个价电子而产生一个空位，这个 空位很容易被邻近共价键中的价电子填补。硼原子
③ PN结伏安特性
a. 外加正向电压较小时，外电场不足以克服内 电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 b. 正向电压大于“开启电压UON”后，i 随着 u 增大迅速上升。 牛牛文档分享17P42
c. 外加反向电压时， PN结处于截止状态，反
向电流 IR 很小。
d. 反向电压大于“击穿电压U（BR）”时，反向
扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结
EINEIN 牛牛文档分享13小结：
Ｐ41
PN结中同时存在多子的扩散运动和
少子的漂移运动，达到动态平衡时，扩散 运动产生的扩散电流和漂移运动产生的漂 移互相抵