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半导体器件基础要点课件
变。
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。
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。
半导体基础知识ppt课件
多。这样所产生的电容就是扩散
电容CD。
(1-31)
CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置 时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。
PN结高频小信号时的等效电路： rd
势垒电容和扩散电 容的综合效应
(1-32)
二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
受主原子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(1-16)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。 近似认为多子与杂质浓度相等。
稳压二极管的应用举例
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW 10V, Izmax 20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin 5mA
负载电阻 RL 10k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。
解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
半导体器件基础最新课件
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2、三极管的开关特性 截止工作状态
c b
e
调节偏流电阻RP的阻 值，使基极的电流为零 或很小时，三极管的两 个PN结都处于反向偏置， 集电极中没有电流通过， 三极管处于截止状态， 集电极与发射极之间电 阻很大，相当开关断开。
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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。
放大、截止和饱和三种工作状态。
1、三极管的放大作用
三极管的放大作用是在一定的外部条件控 制下，通过内部载流子的传输体现出来。
外部条件：发射结正偏，集电结反偏。
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三极管内部载流子的传输过程
▪发射区：发射载流子 ▪集电区：收集载流子 ▪基区：传送和控制载流子
发射区的多数载流子自 由电子不断通过发射结扩 散到基区，形成发射极电
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2、反向截止特性：
给二极管加反向电压，则处于截止状态，二极管 两引脚之间的电阻很大，反向电流很小，相当于开关 断开。
当反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小 基本保持不变，所以通常把反向电流又称为反向饱和 电流，但反向电流会随温度的升高而增长很快。
硅二极管的反向电流只有锗二极管的几十分之一 或几百分之一，所以硅管的温度稳定性比锗管好。
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3、二极管反向击穿：
当所加的反向电压增大到一定数值时， 反向电流迅速增大，这种现象称为反向击穿， 二极管失去单向导电性，发生击穿时的反向电 压叫反向击穿电压。此时如果没有适当的限流 措施，因电流过大会使二极管过热而被烧毁。
第1章5半导体分立器件PPT课件
2）．最大整流电流(IOM)
也称为额定整流电流，是二极管长期安全工 作所允许通过的最大正向平均电流。 超过额定电流使PN结温度超过额定值而损坏。 锗管80度，硅管170度。
17
3）．最大反向工作电压（RUM）
反映了PN结的反向击穿特性. 加到二极管两端的反向电压不允许超过最 大反向工作电压。否则，整流特性变坏， 甚至烧毁。
26
9）. 桥式整流组件---全桥、半桥和硅堆
（1）全桥组件
①
交流输入
③
输出负端
②
输出正端
④ 交流输入
27
+~~ -
扁形全桥组件通常以靠近缺角端的引脚为正极， 另一边引线为负极，中间为交流输入极。
28
大功率方形全桥组件： 缺角处引脚为正极端，其对角为负极端， 其余两极为交流输入端。
29
（2）半桥组件 由两个相互独立的整 流二极管组合而成。
。。。。
。。。。
。。。。
。。。。
。。。。
二极管正向导通 13
-
e N+ e
。。。．．．．。。。．．．．。。。．．．．。。。．．．． 。．。．。．。． 。．。．。．。． 。。。。 。。。。 。。。。 。。。。 。。。。 。。。。
I
P
+
二极管反向截止 14
I +
N+
．．．． 。．。．。．。． 。．。．。．。． 。．。．。．。． ．．．． ．．．．
字母 P V W C Z L S N U K Y
意义 普通管 微波管 稳压管 参量管 整流管 整流堆 隧道管 阻尼管 光电器件 开关管 体效应器件
字母 B T CS BT PIN FH JG A D G X
半导体分立器件
（三）.
半导体分立器件
1 .常用半导体分立器件及其分类 •半导体二极管 (DIODE) •双极型晶体管 (TRANSISTOR) •场效应晶体管 (FET, Field Effect Transistor ) •晶闸管
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场 效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和 反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅 是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体 管。
第 一 部 分
用 字 母 表 示 材 料
符 号
A
B
C
D
R
意 锗 硅 义 材 材 料 料 ， ， 禁 禁 带 带 0.6 1.0 ~1 ~1 .0e .3e V V
砷 化 镓 材 料 ， 禁 带 >1 .3e V
锑 化 铟 材 料 ， 禁 带 <1. 3e V
复 合 材 料
第 二 部 分
用 字 母 表 示 类 型 及 主 要 特 性
1
2
3
… n-1
具有 n个有 效电 极的 器件
含 光电二极 二 义 管或三极 极
管或包括 上述器件
三极管 具有
或具有 三个电 极的其
管
的组合管
他器件
四个 有效 电极 的器 件
第 二 部 分
注 册 标 志
符 号
S
含 已经在日本电子工业协会（JEIA） 义 注册登记的半导体器件
第三 用字母 符 A 部分 表示器 号
B
U 208
器件登记号 大功率开关管 硅材料
美国半导体分立器件的型号命名 第一部分
用符号表示 器件的类别
半导体分立器件
1 .常用半导体分立器件及其分类 •半导体二极管 (DIODE) •双极型晶体管 (TRANSISTOR) •场效应晶体管 (FET, Field Effect Transistor ) •晶闸管
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场 效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和 反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅 是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体 管。
第 一 部 分
用 字 母 表 示 材 料
符 号
A
B
C
D
R
意 锗 硅 义 材 材 料 料 ， ， 禁 禁 带 带 0.6 1.0 ~1 ~1 .0e .3e V V
砷 化 镓 材 料 ， 禁 带 >1 .3e V
锑 化 铟 材 料 ， 禁 带 <1. 3e V
复 合 材 料
第 二 部 分
用 字 母 表 示 类 型 及 主 要 特 性
1
2
3
… n-1
具有 n个有 效电 极的 器件
含 光电二极 二 义 管或三极 极
管或包括 上述器件
三极管 具有
或具有 三个电 极的其
管
的组合管
他器件
四个 有效 电极 的器 件
第 二 部 分
注 册 标 志
符 号
S
含 已经在日本电子工业协会（JEIA） 义 注册登记的半导体器件
第三 用字母 符 A 部分 表示器 号
B
U 208
器件登记号 大功率开关管 硅材料
美国半导体分立器件的型号命名 第一部分
用符号表示 器件的类别
第1章 半导体分立器件PPT课件
本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断 地复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是 半导体中的载流子（自由电子和空穴）维持一定数目。温度越高，
载流子数目越多，导电性能也就越好。所以，温度对半导体器件 性能的影响很大。
三、杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使 半导体的导电性能发生显著变化。
E W 外电场EW R
+ IR
+
动画演示
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；
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型 半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质 半导体称为P型半导体（空穴半导体）。
1. 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。
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
自由电子
+4 +4
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
P型半导体 耗尽层 N型半导体
动画演示
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－
少子漂移电流
++ ++
多子扩散电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
载流子数目越多，导电性能也就越好。所以，温度对半导体器件 性能的影响很大。
三、杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使 半导体的导电性能发生显著变化。
E W 外电场EW R
+ IR
+
动画演示
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；
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型 半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质 半导体称为P型半导体（空穴半导体）。
1. 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。
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
自由电子
+4 +4
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
P型半导体 耗尽层 N型半导体
动画演示
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－
少子漂移电流
++ ++
多子扩散电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
第1A章 基本半导体分立器件PPT课件
2
半导体基础知识与PN结 二极管 晶体管
场效应管 本章小结
3
退出
1.1 半导体基础知识与PN结
主要要求：
了解半导体材料的基本知识 理解关于半导体的基本概念 理解PN结的形成 掌握PN结的单向导电作用
退出
1.1.1 本征半导体
常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge），高纯度 的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排 列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净 的、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。
IIS(eU/UT 1)
反向饱 和电流
温度的电压当量，常温下： UT = 26 mV
当U>0时为正向特性；当U<0时为反向特性。
退出
3. 二极管的特性与参数
2.二极管的主要参数 （1）最大整流电流IF ——指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。 （2）最高反向工作电压UBR ——指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，UBR 通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。 （3）反向电流IR ——在常温下和规定的反偏电压下的反向电流。
第 1 章 基本半导体分立器件
本章点睛
各种基本电 子器件
能完成某种 功能的电子 电路
复杂的电子 电路系统
《电子技术》尹常永主编
在进行本章的学习之前，先来看看下面 的3个问题。
• 问题1：这一章要学什么呢? • 问题2：“分立”是什么意思？ • 问题3：顾名思义，半导体器件一定是由半
导体材料制成的，为什么其他材料，比如 说导体不能作为构成电子器件的主要材料 呢？
也有可以发出红外光等不可见光的发光二极管。
24
退出
1.2.3 发光二极管
发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有 很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗 电省和寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。
半导体基础知识与PN结 二极管 晶体管
场效应管 本章小结
3
退出
1.1 半导体基础知识与PN结
主要要求：
了解半导体材料的基本知识 理解关于半导体的基本概念 理解PN结的形成 掌握PN结的单向导电作用
退出
1.1.1 本征半导体
常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge），高纯度 的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排 列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净 的、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。
IIS(eU/UT 1)
反向饱 和电流
温度的电压当量，常温下： UT = 26 mV
当U>0时为正向特性；当U<0时为反向特性。
退出
3. 二极管的特性与参数
2.二极管的主要参数 （1）最大整流电流IF ——指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。 （2）最高反向工作电压UBR ——指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，UBR 通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。 （3）反向电流IR ——在常温下和规定的反偏电压下的反向电流。
第 1 章 基本半导体分立器件
本章点睛
各种基本电 子器件
能完成某种 功能的电子 电路
复杂的电子 电路系统
《电子技术》尹常永主编
在进行本章的学习之前，先来看看下面 的3个问题。
• 问题1：这一章要学什么呢? • 问题2：“分立”是什么意思？ • 问题3：顾名思义，半导体器件一定是由半
导体材料制成的，为什么其他材料，比如 说导体不能作为构成电子器件的主要材料 呢？
也有可以发出红外光等不可见光的发光二极管。
24
退出
1.2.3 发光二极管
发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有 很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗 电省和寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。
《半导体器件基础》课件
计算机的CPU、内存等核心硬件都离不开半导体器件，如晶体管、电容
、电阻等。
03
消费电子中的半导体器件
手机、电视、音响等消费电子产品中，半导体器件广泛应用于信号处理
、显示控制等方面。
光电器件在通信与显示领域的应用
光纤通信中的光电器件
光纤通信系统中的光电器件，如激光器、光电探测器等，用 于实现高速、大容量的信息传输。
成。
工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
02
通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。
特性
03
具有低噪声、高速、低功耗等优点，常用于高频率信号处理。
04
半导体器件的工作原理
半导体的能带模型
原子能级与能带
描述原子中的电子能级如何形成连续的能带结构。
价带与导带
解释半导体的主要能带特征，包括价带和导带的定义与特性。
禁带宽度
讨论禁带宽度对半导体性质的影响，以及如何利用禁带宽度进行电 子跃迁。
半导体器件的交流参数
阐述半导体器件的交流参数，如频率响应、噪 声系数等。
半导体器件的可靠性参数
介绍半导体器件的可靠性参数，如寿命、稳定性等。
05
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
01
集成电路中的半导体器件
集成电路是现代电子设备的基础，其中的晶体管、二极管等半导体器件
起着关键作用。
02
计算机硬件中的半导体器件
ABCD
通过掺入不同元素，可以 调控半导体的导电类型（ N型或P型）和导电性能 。
在实际应用中，通常将硅 或锗基体材料进行掺杂， 以实现所需的导电性能。
宽禁带半导体材料
宽禁带半导体的特点是其具有高热导率、高击 穿场强和高电子饱和速度等优异性能。
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性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MΩ。光照：电 阻下降为几十KΩ
3、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大
的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，
电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制
造出不同性能不同用途的半导体器件。
7
1.1.2 本征半导体
硅(锗)的原子结构
5
半导体材料制作电子器件的原因?
不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，
而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺 杂性。
6
半导体材料制作电子器件的原因?
1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，
例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的 1/2；
2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特
PN结为导通状态
I多子
P
外电场
内电场 N
限流电阻
AB、C、、正正正向向向偏偏偏压压压的削时接弱，法内P：N电结P场区为U，接导有高通利电状多位态子，，的NR外区扩电接散路低运电电动位， 使流PINF结很空大间，电PN荷结区呈变现窄的；正向电阻很小
21
(2) 外加反向电压(反向偏置reverse bias）
移过来填补个空位 。硼原子接受一个电子，成为带负电的离 子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴
C、P型半导体中：空穴是多子；电子是少子 I=IP+IN≈IP
D、整块的半导体仍为中性
硅原子
多数载流子 +4
+4
硼原子
P型+半4 导体简+化3模型
+4 少数电载子流是子少子
空穴是多子 +4
17
1.1.4 PN结的形成与单向导电性
1、PN结(PN Junction)的形成 P型区
PN结
N型区 多子的扩散
多子的扩散 内建电场 (12)多随着子内的电扩场散由运弱动到产强生得空建间立电荷,少区子建漂立移内从电无场到有, 逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱, 形成平衡的PN结。
18
1.1.4 PN结的形成与单向导电性
4
1.1.1半导体的基本特性
导体：电阻率小于10-4Ω.cm，很容易导电，称
为导体.如铜、铝、银等金属材料；
绝缘体：电阻率大于1010Ω.cm，很难导电，称
为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；
半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介
于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等 半导体材料；
PN结为截止状态 I少子
IR = I少子 0 反向电流IRP内电场 源自 限流电阻外电场U
R
AB于纳DP、C、、N、少安结反反反反子数呈向向向向的 量现偏偏偏偏漂 级的压压压压移 ，反的内P，运 锗向N接电结使动管电法场为P，为阻：N增截结形微很P强止区空反安大，状接间向数不态低电电量利，电荷流级多外位区I。R子电，，变扩路IN宽R区电散很。接流运小高接动，电近，硅位为有管利O为，
电子技术基础—模拟电子技术
1
2
第一章 基本半导体分立器件
1.1 半导体的基本知识与PN结 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 半导体三极管 1.5 场效应晶体管
3
1.1 半导体的基本知识与PN结
1.1.1 半导体的基本特性 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体 1.1.4 PN结的形成与单向导电性
A、本征激发—
电子、空穴对的产生
+4
+4
+4
B、电子与空穴的复合
+4
+4
+4
自由电子 共价键 空穴
C、空穴是可以移动的，其
+4
+4 实 空是 穴共 ，价 形+4键 成的空电穴子的依移次动填补
空穴 D、最后达到动态的平衡
11
3、自由电子的运动与空穴的运动
II I 半导体中两种载流子：
带正电荷的空穴
PN
14
1.1.3杂质半导体
1、N型半导体
N-type Semiconductor
2、P型半导体
P-type Semiconductor
15
1、N型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。
B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离 子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子, 所以电子是多子.
本征半导体
空穴电流
I
外电路电流
外电场
电子电流
IP
它们在外电 场的作用下，
IN
会出现定向
运动
带负电荷的自由电子
图1-5 本征半导体中载流子的导电方式
12
3、自由电子的运动与空穴的运动
1、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运 动；
2、半导体中两种载流子： (1) 一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷 的空穴，它们在外电场的作用下，会出现 定向运动
Si +14 2 8 4
Ge +32 2 8 18 4
硅
+4
锗
硅(锗)的原子结构简化模型
8
1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子 结构 把非常纯净的原子结构 排列非常整齐的半导体
称为本征半导体。
9
1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子结构——共价键结合，以硅原子为例
A．硅原子电子数为14，最外层
C、N型半导体中,电子是多子,空穴是少子 I=IP+IN≈IN
D、整块的半导体仍为中性
少数载流子
多硅数原载子流子
电子
+4
+4
+4 空穴空穴是少子
磷原子
电子是多子
+4
+5
+4
N型半导体简化模型
16
2、P型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的3价硼 B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易
电子为四个，是四价元素
+4
+4
共价键 +4
B、硅原子结合方式是共价键
结合：
+4
+4
+4
(i)每个价电子都要受到相邻 两个原子核的束缚;
(ii)半导体的价电子既不象导
体的价电子那样容易挣脱成为 +4
+4
+4
自由电子，也不象绝缘体中被
束缚，所以其导电能力介于导
体与绝缘体之间
10
2、本征半导体的激发与复合
(2) 在外电场作用下形成电子流IN和空穴流IP (3) 在外电路中总电流I=IN+IP
13
1.1.2 本征半导体
4、本征激发产生的载流子数量仍然很少，本征半 导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管， 只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提
高其导电性能，成为杂质半导体，才能用于制
造各种半导体器件
1、PN结(PN Junction)的形成
P型区
PN结
N型区
内建电场
19
2、PN结的单向导电性
(1) 正向偏置(forward bias外加正向电压) (2) 反向偏置(reverse bias外加反向电压)
20
(1)、外加正向电压(正向偏置forward bias)
正向电流IF
IF = I多子 I少子 I多子
3、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大
的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，
电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制
造出不同性能不同用途的半导体器件。
7
1.1.2 本征半导体
硅(锗)的原子结构
5
半导体材料制作电子器件的原因?
不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，
而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺 杂性。
6
半导体材料制作电子器件的原因?
1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，
例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的 1/2；
2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特
PN结为导通状态
I多子
P
外电场
内电场 N
限流电阻
AB、C、、正正正向向向偏偏偏压压压的削时接弱，法内P：N电结P场区为U，接导有高通利电状多位态子，，的NR外区扩电接散路低运电电动位， 使流PINF结很空大间，电PN荷结区呈变现窄的；正向电阻很小
21
(2) 外加反向电压(反向偏置reverse bias）
移过来填补个空位 。硼原子接受一个电子，成为带负电的离 子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴
C、P型半导体中：空穴是多子；电子是少子 I=IP+IN≈IP
D、整块的半导体仍为中性
硅原子
多数载流子 +4
+4
硼原子
P型+半4 导体简+化3模型
+4 少数电载子流是子少子
空穴是多子 +4
17
1.1.4 PN结的形成与单向导电性
1、PN结(PN Junction)的形成 P型区
PN结
N型区 多子的扩散
多子的扩散 内建电场 (12)多随着子内的电扩场散由运弱动到产强生得空建间立电荷,少区子建漂立移内从电无场到有, 逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱, 形成平衡的PN结。
18
1.1.4 PN结的形成与单向导电性
4
1.1.1半导体的基本特性
导体：电阻率小于10-4Ω.cm，很容易导电，称
为导体.如铜、铝、银等金属材料；
绝缘体：电阻率大于1010Ω.cm，很难导电，称
为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；
半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介
于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等 半导体材料；
PN结为截止状态 I少子
IR = I少子 0 反向电流IRP内电场 源自 限流电阻外电场U
R
AB于纳DP、C、、N、少安结反反反反子数呈向向向向的 量现偏偏偏偏漂 级的压压压压移 ，反的内P，运 锗向N接电结使动管电法场为P，为阻：N增截结形微很P强止区空反安大，状接间向数不态低电电量利，电荷流级多外位区I。R子电，，变扩路IN宽R区电散很。接流运小高接动，电近，硅位为有管利O为，
电子技术基础—模拟电子技术
1
2
第一章 基本半导体分立器件
1.1 半导体的基本知识与PN结 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 半导体三极管 1.5 场效应晶体管
3
1.1 半导体的基本知识与PN结
1.1.1 半导体的基本特性 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体 1.1.4 PN结的形成与单向导电性
A、本征激发—
电子、空穴对的产生
+4
+4
+4
B、电子与空穴的复合
+4
+4
+4
自由电子 共价键 空穴
C、空穴是可以移动的，其
+4
+4 实 空是 穴共 ，价 形+4键 成的空电穴子的依移次动填补
空穴 D、最后达到动态的平衡
11
3、自由电子的运动与空穴的运动
II I 半导体中两种载流子：
带正电荷的空穴
PN
14
1.1.3杂质半导体
1、N型半导体
N-type Semiconductor
2、P型半导体
P-type Semiconductor
15
1、N型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。
B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离 子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子, 所以电子是多子.
本征半导体
空穴电流
I
外电路电流
外电场
电子电流
IP
它们在外电 场的作用下，
IN
会出现定向
运动
带负电荷的自由电子
图1-5 本征半导体中载流子的导电方式
12
3、自由电子的运动与空穴的运动
1、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运 动；
2、半导体中两种载流子： (1) 一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷 的空穴，它们在外电场的作用下，会出现 定向运动
Si +14 2 8 4
Ge +32 2 8 18 4
硅
+4
锗
硅(锗)的原子结构简化模型
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1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子 结构 把非常纯净的原子结构 排列非常整齐的半导体
称为本征半导体。
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1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子结构——共价键结合，以硅原子为例
A．硅原子电子数为14，最外层
C、N型半导体中,电子是多子,空穴是少子 I=IP+IN≈IN
D、整块的半导体仍为中性
少数载流子
多硅数原载子流子
电子
+4
+4
+4 空穴空穴是少子
磷原子
电子是多子
+4
+5
+4
N型半导体简化模型
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2、P型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的3价硼 B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易
电子为四个，是四价元素
+4
+4
共价键 +4
B、硅原子结合方式是共价键
结合：
+4
+4
+4
(i)每个价电子都要受到相邻 两个原子核的束缚;
(ii)半导体的价电子既不象导
体的价电子那样容易挣脱成为 +4
+4
+4
自由电子，也不象绝缘体中被
束缚，所以其导电能力介于导
体与绝缘体之间
10
2、本征半导体的激发与复合
(2) 在外电场作用下形成电子流IN和空穴流IP (3) 在外电路中总电流I=IN+IP
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1.1.2 本征半导体
4、本征激发产生的载流子数量仍然很少，本征半 导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管， 只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提
高其导电性能，成为杂质半导体，才能用于制
造各种半导体器件
1、PN结(PN Junction)的形成
P型区
PN结
N型区
内建电场
19
2、PN结的单向导电性
(1) 正向偏置(forward bias外加正向电压) (2) 反向偏置(reverse bias外加反向电压)
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(1)、外加正向电压(正向偏置forward bias)
正向电流IF
IF = I多子 I少子 I多子