半导体器件的基础知识概要
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。
第一章--半导体器件讲解
输
RB 入
UEE
电 路
输 出
IE 电
路
共射极放大电路
2、三极管内部载流子的传输过程
a）发射区向基区注入电子，
形成发射极电流 iE
b）电子在基区中的扩散与复 IB
合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电
RB
子，形成集电极电流 iC
UBB
IC N RC
P UCC N
IE
另外，集电结的反偏也形成集电区中的少子空穴 和基区中的少子电子的漂移运动，产生反向饱和电流 ICBO。
1.3 半导体三极管
一、三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的PN结 构成的。在工作过程中，两种载流子（电 子和空穴）都参与导电，故又称为双极型 晶体管，简称晶体管或三极管。
两个PN结，把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以 是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和PNP型。
第一章 半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 PN结（半导体二极管） 1.3 半导体三极管
1.1 半导体基础知识
半导体器件是用半导体材料制成的电 子器件。常用的半导体器件有二极管、三 极管、场效应晶体管等。半导体器件是构 成各种电子电路最基本的元件。
一、半导体的导电特征
导体：金、银、铜铁、铝等容易传导电流的物质 绝缘体: 橡胶、木头、石英、陶瓷等几乎不传导电流的物质 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质， 如硅、锗、硒、砷化钾等。
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳 压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用 在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。
i/mA
8
4
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）
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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
半导体基础知识
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
流为Izmax 。
i
I zmax
U ZW RL
25mA
1.2ui iR U zW 25R 10
——方程1
(1-37)
令输入电压降到下限 时，流过稳压管的电 流为Izmin 。
i
iL
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
(1-8)
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
R
ui
DZ
iZRL uo
i
I
zm in
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10
——方程2
联立方程1、2，可解得：
ui 18.75V, R 0.5k
(1-38)
1.3.2 光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I U
照度增加
(1-39)
1.3.3 发光二极管
有正向电流流过 时，发出一定波长 范围的光，目前的 发光管可以发出从 红外到可见波段的 光，它的电特性与 一般二极管类似。
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
半导体的基本知识
半导体的基本知识半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的电性质可以通过施加电场或光照来改变，这使得半导体在电子学和光电子学等领域有广泛的应用。
以下是关于半导体的一些基本知识：1. 基本概念：导体、绝缘体和半导体：导体（Conductor）：电导率很高，电子容易通过的材料，如金属。
绝缘体（Insulator）：电导率很低，电子很难通过的材料，如橡胶、玻璃。
半导体（Semiconductor）：电导率介于导体和绝缘体之间的材料，如硅、锗。
2. 晶体结构：半导体通常以晶体结构存在，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
3. 电子能带：价带和导带：半导体中的电子能带分为价带和导带。
电子在价带中，但在施加电场或光照的作用下，电子可以跃迁到导带中，形成电流。
能隙：价带和导带之间的能量差称为能隙。
半导体的能隙通常较小，这使得它在室温下就能够被外部能量激发。
4. 本征半导体和杂质半导体：本征半导体：纯净的半导体材料，如纯硅。
杂质半导体：在半导体中引入少量杂质（掺杂）以改变其导电性质。
掺入五价元素（如磷、砷）形成n型半导体，而掺入三价元素（如硼、铝）形成p型半导体。
5. p-n 结：p-n 结：将p型半导体和n型半导体通过特定工艺连接在一起形成p-n 结。
这是许多半导体器件的基础，如二极管和晶体管。
6. 半导体器件：二极管（Diode）：由p-n 结构构成，具有整流特性。
晶体管（Transistor）：由多个p-n 结构组成，可以放大和控制电流。
集成电路（Integrated Circuit，IC）：在半导体上制造出许多微小的电子器件，形成集成电路，实现多种功能。
7. 半导体的应用：电子学：微电子器件、逻辑电路、存储器件等。
光电子学：光电二极管、激光二极管等。
太阳能电池：利用半导体材料的光伏效应。
这些是半导体的一些基本知识，半导体技术的不断发展推动了现代电子、通信和计算机等领域的快速进步。
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
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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
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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
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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
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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。
半导体器件知识点
半导体器件知识点半导体器件是指基于半导体材料制造的用于控制和放大电信号的电子元件。
它在现代电子技术中扮演着重要的角色，广泛应用于计算机、通信、消费电子、能源等领域。
本文将介绍与半导体器件相关的几个重要知识点。
一、半导体材料半导体器件的核心是半导体材料。
半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有一定的导电性能。
常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)等。
它们具有禁带宽度，当外加电场或温度变化时，半导体的导电性能会发生变化。
二、PN结PN结是半导体器件中最基本的结构之一。
它由P型半导体和N型半导体的结合组成。
P型半导体中的载流子主要是空穴，N型半导体中的载流子主要是电子。
PN结的形成使得电子和空穴发生扩散运动，形成电场区域，从而产生电流。
三、二极管二极管是一种基本的半导体器件。
它由PN结组成，具有单向导电性能。
正向偏置时，电流顺利通过；反向偏置时，电流几乎无法通过。
二极管广泛用于电源电路、信号检测和电波混频等应用。
四、晶体管晶体管是半导体器件中的重要组成部分，常见的有三极管和场效应晶体管。
它可以实现电流放大和控制，是现代电子设备中的核心部件之一。
晶体管广泛应用于放大器、开关、时钟和计算机存储器等领域。
五、集成电路集成电路是将大量的晶体管、电阻、电容和其他元件集成在同一片半导体芯片上。
它具有体积小、功耗低和可靠性高的特点。
集成电路分为模拟集成电路和数字集成电路，应用于电子计算机、通信设备和消费电子产品等领域。
六、光电器件光电器件是利用光与半导体材料相互作用的器件。
常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻、光电晶体管和光电开关等。
光电器件广泛应用于光通信、光电转换、激光器等领域。
七、功率半导体器件功率半导体器件是用于大电流和高电压应用的特殊半导体器件。
常见的功率半导体器件有晶闸管、功率二极管和功率MOSFET。
功率半导体器件广泛应用于电动车、工业控制和能源转换等领域。
八、封装技术为了保护和连接半导体芯片，需要进行封装。
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识在当今科技飞速发展的时代，半导体器件已经成为了现代电子技术的核心基石。
从我们日常使用的智能手机、电脑，到各种先进的医疗设备、航空航天系统，半导体器件无处不在，深刻地影响着我们的生活和社会的发展。
那么，什么是半导体器件？它们是如何工作的？又有哪些常见的类型和应用呢？接下来，让我们一起走进半导体器件的世界，探寻其中的奥秘。
一、半导体的基本特性要理解半导体器件，首先需要了解半导体材料的特性。
半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。
半导体的导电性可以通过掺杂等方式进行精确控制，这使得它们在电子器件中具有独特的应用价值。
半导体的一个重要特性是其电导特性对温度、光照等外部条件非常敏感。
例如，随着温度的升高，半导体的电导通常会增加。
此外，半导体还具有光电效应，即当半导体受到光照时，会产生电流或改变其电导特性，这一特性在太阳能电池、光电探测器等器件中得到了广泛应用。
二、半导体器件的工作原理半导体器件的工作原理主要基于 PN 结。
PN 结是在一块半导体材料中，通过掺杂工艺形成的P 型半导体区域和N 型半导体区域的交界处。
P 型半导体中多数载流子为空穴，N 型半导体中多数载流子为电子。
当P 型半导体和 N 型半导体结合在一起时，由于两种区域的载流子浓度差异，会发生扩散运动，形成内建电场。
在 PN 结上加正向电压（P 区接正，N 区接负）时，内建电场被削弱，多数载流子能够顺利通过 PN 结，形成较大的电流，此时 PN 结处于导通状态。
而加反向电压时，内建电场增强，只有少数载流子能够形成微小的电流，PN 结处于截止状态。
基于 PN 结的这一特性，可以制造出二极管、三极管等多种半导体器件。
三、常见的半导体器件1、二极管二极管是最简单的半导体器件之一，它只允许电流在一个方向上通过。
二极管在电路中常用于整流（将交流电转换为直流电）、限幅、稳压等。
例如，在电源适配器中，二极管组成的整流电路将交流市电转换为直流电，为电子设备供电。
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（1）共发射极电路 （CE）：把三极管的发射 极作为公共端子。
1.2 半导体三极管
（2）共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子。
（3）共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子。
1.2 半导体三极管
1.2.2 三极管的电流放大作用
1．三极管各电极上的电流分配 三极管电流分配实验电路如图所示。
1.2 半导体三极管
实验数据
表1-1 三极管三个电极上的电流分配
结论：IE = IB + IC 三极管的电流分 配规律：发射极电流 等于基极电流和极电 极电流之和。
1.2 半导体三极管
导通电压：
Von
=
0.6 0.2
V V
~ ~
0.7 0.3
V V
（Si） （Ge）
结论：正偏时电阻小，具有非线性。
1.1 半导体二极管
（2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压） ① 反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很 小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为 反向饱和电流。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
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。
箭头表示正向导通电流的方向。
1.1 半导体二极管
由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型（如图 a）、 面接触型（如图 b）和平面型（如图 c）。
点 接 触 型 ： PN 结接触面小，适宜在 小电流状态下使用。
面接触型、平面型：PN 结接触面大，截流量大，适合 于大电流场合中使用。
1.1 半导体二极管
2．二极管的特性
伏安特性：二极 管的导电性能由加在 二极管两端的电压和 流过二极管的电流来 决定，这两者之间的 关系称为二极管的伏 安特性。硅二极管的 伏安特性曲线如图所 示。
② 反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向 电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。
普通二极管不允许出现此种状态。 结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。 二极管属于非线性器件
1.1 半导体二极管
3．半导体二极管的主要参数 （1）最大整流电流 IF： 二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。 使用时应注意流过二极管的正向最大电流不能大于这个 数值，否则可能损坏二极管。 （2）最高反向工作电压 VRM 二极管正常使用时允许加的最高反向电压。 使用中如果超过此值，二极管将有被击穿的危险。
结论：PN 结加正向电压时导通，加反向电压时截止，这种 特性称为 PN 结的单向导电性。
1.1 半导体二极管
反向击穿：PN 结两端外加的反向电压增加到一定值时， 反向电流急剧增大，称为 PN 结的反向击穿。
如果反向电流未超过允许值，反向电压撤除后，PN 结 仍能恢复单向导电性。
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。
PN 结：经过特殊的工艺加工，将 P 型半导体和 N 型 半导体紧密地结合在一起，则在两种半导体的交界面就会出 现一个特殊的接触面，称为 PN 结。
PN 结具有单向导电特性。
1.1 半导体二极管
（1）正向导通：电源正极接 P 型半导体，负极接 N 型半导 体，电流大。
（2）反向截止：电源正极接 N 型半导体，负极接 P 型半导 体，电流小。
半导体器件的基础知识概要
1.1 半导体二极管
1.1.1 什么是半导体
1．半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间,且随着掺 入杂质、输体。
2 ．载流子：半导体中，携带电荷参与导电的粒子。
自由电子：带负电荷
均可运载电荷——载流子
空穴：带与自由电子等量的正电荷
特性：在外电场作用下，载流子都可以做定向移动，形 成电流。
1.1 半导体二极管
3．N 型半导体：主要靠电子导电的半导体。 即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 4．P 型半导体：主要靠空穴导电的半导体。 即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
1.1.2 PN 结
1.2 半导体三极管
1.2.1 半导体三极管的基本结构与分类
1．结构及符号 PNP 型及 NPN 型三极管的内部结构及符号如图所示。
三区：发射区、基 区、集电区。
三极：发射极 E、 基极 B、集电极 C。
两结：发射结、集 电结。
实际上发射极箭头 方向就是发射结正向电 流方向。
1.2 半导体三极管
2．分类 （1）按半导体基片材料不同：NPN 型和 PNP 型。 （2）按功率分：小功率管和大功率管。 （3）按工作频率分：低频管和高频管。 （4）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管。 （5）按结构工艺分：合金管和平面管。 （6）按用途分：放大管和开关管。
1.2 半导体三极管
3．外形及封装形式 三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。常用的外形及封 装形式如图所示。
2．三极管的电流放大作用
由表 1-1 的数据可看出，
当基极电流 IB 由 0.03 mA 变到 0.04 mA 时，集电极电
流 IC 由 1.74 mA 变到 2.23 mA 。上面两个变化量之比
为
I
C
=0.59mA=59
IB 0.01mA
1.2 半导体三极管
由此可见，基极电流的微小变化控制了集电极电流较大 的变化，这就是三极管的电流放大原理。
注意： （1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电 流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用。
（2）三极管的放大作用，需要一定的外部条件。
结论：要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向 偏置电压，集电结加反向偏置电压。
1.2 半导体三极管
1.2.3 三极管的基本连接方式
利用三极管的电流放 大作用，可以用来构成放 大器，其方框图如图所示。
特性曲线
1.1 半导体二极管
（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）
① 死区：当正向电压较小时，正向电流极小，二极管呈 现很大的电阻，如 OA 段，通常把这个范围称为死区。
死区电压：
VT
=
0.5 0.2
V V
(Si） (Ge）
② 正向导通：当外加电压大于死区电压后，电流随电压 增大而急剧增大，二极管导通。