半导体元器件的基本知识
半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版
有限，因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子（
都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成：实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号：P
N
阳极
阴极
分类：
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路（Analog Circuit）及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术
半导体的基本知识
第1章 半导体的基本知识1.1 半导体及PN 结半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。
半导体器件是构成电子电路的基础。
半导体器件和电阻、电容、电感等器件连接起来，可以组成各种电子电路。
顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，就必须对半导体材料的特点有一定的了解。
1.1.1 半导体的基本特性在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。
通常将很容易导电、电阻率小于410-Ω•cm 的物质，称为导体，例如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率大于1010Ω•cm 的物质，称为绝缘体，例如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在410-Ω•cm ～1010Ω•cm 范围内的物质，称为半导体。
常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。
用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这就是半导体不同于导体的特殊性质。
1、热敏性所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。
半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。
例如纯净的锗从20℃升高到30℃时，它的电阻率几乎减小为原来的1／2。
而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10℃时，它的电阻率几乎不变。
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性叫做光敏性。
一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。
自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。
而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。
3、杂敏性所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。
在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之—。
电气基础(半导体元器件)3
半导体器件
晶体管的种类很多,按照频率分，有高频管、低频管；按照功 率分，有小、中、大功率管；按用途不同分为放大管和开关管；按 照半导体材料分，有硅管、锗管等等。晶体管的符号如图所示：
硅管热稳定性好，多数为NPN型；锗管受温度 影响大，多数为PNP管。
半导体器件
• 2、三极管的电流放大作 IC 用
PN结的“正偏导通，反偏阻断”称为其单向 导电性质，这正是PN结构成半导体器件的基础。
半导体器件
• 3.2半导体二极管
1. 二极管的结构和类型
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了 半导体二极管，简称二极管，接在P型半导体一侧的引出线称为阳 极；接在N型半导体一侧的引出线称为阴极。 半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。 点接触型二极管 PN 结面积很小，因而结电容小，适用于高频 几百兆赫兹下工作，但不能通过很大的电流。主要应用于小电流的 整流和高频时的检波、混频及脉冲数字电路中的开关元件等。 面接触型二极管PN结面积大，因而能通过较大的电流，但其结 电容也小，只适用于较低频率下的整流电路中。
（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置
iB>0，uBE>0，uCE≤uBE
iC iB
半导体器件
• 4、三极管的主要参数
1、电流放大倍数β ：iC= β iB 2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ β ）iCBO 3、极限参数 （1）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值的2/3时所允 许的最大集电极电流。 （2）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间 的最大允许电压：基极开路时、集电极与发射极之间的最大允许 电压。为保证晶体管安全工作，一般应取：
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。
半导体知识基础培训
晶体三极管：是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心 元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块 半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
2. 文字符号法： 文字符号法是将电阻器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号
法按一定的规律组合标志在电阻体上。例如：6R2J表示该电阻标称 值为6.2Ω，允许偏差为±5%；3K6K表示电阻值为3.6KΩ，允许偏差 为±10%；1M5则表示电阻值为1.5MΩ，允许偏差为±20%。 3.数码标志法：
在产品和电路图上用三为数字来表示元件的标称值的方法称之为
别太短
在练习板上焊接
然后
首先
焊点
注意2
焊锡 丝 加热中要 把斜面靠 在元件脚 上使加热 面积最大
焊点高1.5mm直 径与焊盘一致 脚高出0.5mm
焊点的正确形Leabharlann 1电烙铁头的去氧化处理电烙铁在使用一段时间后，烙铁头会发黑氧化，失 去对焊锡的附着力，表现为烙铁头不能挂锡，此时 需对烙铁头进行去氧化处理，一般按以下步骤进行：
放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于 某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极 电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放 大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。
饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并 当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增 大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用， 集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通 状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
华大半导体181页PPT基础知识培训——常用半导体器件讲解
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
((112--22
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如： 热敏性、光敏性、掺杂性。
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
((118--88
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
((119--99
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+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) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 最高工作频率 fM
((114--74477
补充参数:
(电信专业)
（5）最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正
向平均电流。
——注意与IF的关系
(6) 正向压降VF
(7) 极间电容CB、 CD
半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
((112--12211
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
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。
物理学中的半导体元器件原理
物理学中的半导体元器件原理半导体元器件是现代电子产业的重要组成部分，其中最具代表性的是晶体管、二极管和集成电路等。
这些元器件在现代电子技术中发挥着重要的作用，被广泛应用于计算机、通信、音视频等领域。
那么，它们的基本原理是什么呢？这篇文章将从物理学的角度探讨半导体元器件的原理。
第一部分：半导体基础知识半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的物质，具有一些特殊的电学性质。
半导体材料中，某些元素的原子晶格存在空位或缺陷，或者在其晶格中掺入一些杂质原子，从而形成半导体材料。
半导体的导电性与其电子能级结构有关。
在半导体材料中，电子可能会占据不同的能级，其中最低的能级称为价带，最高的能级称为导带。
通常情况下，价带中的电子处于芯层原子的电场束缚之下，而不自由运动；而导带中则没有束缚，电子可以自由运动。
当半导体材料受到一定的能量激发，如光子或热能，导带内的电子就可以跃迁至价带内，将其电导率提高。
这种情况下，半导体称为“n型半导体”。
如果掺杂进杂质原子使材料生成微键，并增加占据导带的电子，则称为“p型半导体”。
第二部分：二极管的原理二极管是一种简单的半导体元器件，由p型半导体和n型半导体组成，能够实现单向电流的导通。
二极管的特点是：在正向偏置下，p区域中和n区域中的电子就会发生大规模的扩散，进而形成一个漂移电流；而在反向偏置下，无法形成漂移电流，因此电流极小，由此实现了单向导通。
简单来说，二极管的工作原理是靠材料特性，即p和n型半导体接触时，会在界面处产生电势垒。
在正向偏置下，这些电子穿越电势垒，进入p区域中，并与p区的空穴复合产生光子和热能；在反向偏置下，由于电子无法穿越电势垒，因此电流极小，达到了单向导通的效果。
第三部分：晶体管的原理晶体管是一种具有放大和开关功能的半导体器件，由三个区域组成，即发射区、基区和集电区，分别对应p-n-p型或n-p-n型半导体管。
晶体管的原理是利用反向偏置形成的p-n陡斜电势垒来操纵涉及三区域电势平衡的电流传导。
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U (BR) URM O
uD
1. IF — 最大整流电流(最大正向平均电流) 2. URM — 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IRM — 反向电流(越小单向导电性越好) 4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
h
22
稳压二极管 1.符号和特性
符号 工作条件：反向击穿
特性
多数载流子：自由电子 少数载流子：空穴
n>>p
h
8
2.P型半导体
在本征半导体中掺 入少量三价元素原子， 称为空穴型半导体或P 型半导体。
多数载流子：空穴 少数载流子：自由电子
p>>n
h
9
（三）PN结
将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一 物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结。
发射结
E 发射极
发射区：掺 杂浓度最高
h
26
二.电流分配和放大原理
1. 三极管放大的外部条件
发射结正偏、集电结反偏
从电位的角度看：
发射结正偏 集电结反偏
NPN VB>VE VC>VB
发射结正偏 集电结反偏
PNP
VB<VE VC<VB
C
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
h
27
2. 各电极电流关系及电流放大作用
位）,N区接低电位（负电位）→正偏→正向电流 反向偏置（简称反偏）
PN结反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电 位（正电位）。
h
12
PN结加正向电压的 情形
h
13
h
14
PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子
的扩散加强能够形成
较大的扩散电流。
N
_
外电场
R
内电场
E
h
15
U Uth
(硅管) (锗管)
iD 急剧上升
正向压降硅管 (0.6 0.8) V
锗管(0.1 0.3) V
U(BR) U 0 U < U(BR)
iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
h
20
第 1 章 半导体二极管
反向击穿类型：电击穿— PN 结未损坏，断电即恢复。
越小稳压效果越好。
h
24
5.2 晶体管
一. 基本结构
NPN型
集电极
发射极
C NP N E
基极 B
符号： C IC
B NPN
IB E
IE
h
PNP型
集电极
发射极
PN P
C
E
基极
B
C B
IB E
IC
PNP
IE
25
结构特点：
集电区： 面积最大
集电结 基极 B
集电极 C
N P N
基区：最薄， 掺杂浓度最低
温度 影响
–50
热击穿 — PN 结烧毁。
iD / mA 90C
60
20C
40
20 –25
0 0.4
uD / V
– 0.02
温度升高，正向特性向左移动，反向特性向下移动
T 升高时，由本征激发产生的少子浓度增加，导致 PN结内建电位差UB减小。
h
21
二极管的主要参数
第 1 章 半导体二极管
iD IF
IB(mA) IC(mA) IE(mA)
0
<0.001 <0.001
0.02 0.70 0.72
0.04 0.06 0.08 0.10 1.50 2.30 3.10 3.95 1.54 2.36 3.18 4.05
UZ
IZ UZ
iZ /mA
O IZminuZ/V IZ IZmax
h
23
2.主要参数
1. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。
2. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。
3. 最大工作电流 IZM 最大耗散功率 PZM P ZM = UZ IZM
4. 动态电阻 rZ几 几十 rZ = UZ / IZ
第5章 半导体器件的基本知识
5.1 半导体二极管 5.2 晶体管 5.3 晶闸管
h
1
考试要求
1.了解半导体二极管单向导电性、伏安特性、 主要参数。
2.会用万用表判别二极管的管脚极性及好坏。 3.理解三极管的电流放大作用。 4.会用万用表判别三极管的管脚及管脚极性。 5.掌握共发射极放大电路的工作原理。 6.理解三极管开关电路的工作原理。
h
4
（一）本征半导体
结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗， 它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
h
5
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
硅和锗的共价键结构
h
6
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构。
+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。
P N
P 型支持衬底
集成电路中平面型
铝合金 小球
正极引线 PN 结
N型锗
金锑 合金
负极引线
底座
面接触型
阳极A
阴极K
二极管符号
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18
h
19
四、二极管的伏安特性
iD /mA
0 U Uth iD = 0
U (BR) IS
反 向
反向特性 O
击
穿
正向特性
Uth uD /V
死区 电压
Uth = 0.5 V 0.2 V
h
2
5.1 半导体二极管
一、半导体材料 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为 半导体。 主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。 半导体具有某些特殊性质：如光敏、热敏及 掺杂特性。（导电能力）
h
3
1.1 半导体器件及其特性
二、半导体的类型
（一）本征半导体 完全纯净的半导体（纯度在99.999%）
（二）杂质半导体 在本征半导体中惨入其他的微量元素
PN 结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强，多 子的扩散受抑制。少 子漂移加强，但少子 数量有限，只能形成
较小的反向电流。+ N
内电场
外电场
R
E
h
16
三、二极管的构成及类型
1.构成 PN结+管壳+引线
h
17
2.类型
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
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。
h
7
(二)杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的 杂质元素，成为杂质半导体。
1.N型半导体
在本征半导体中掺入少量 五价元素原子，称为电子型半 导体或N型半导体。
1.PN结的形成
漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。 扩散运动：由于浓度差引起的非平衡载流子 的运动。
h
10
PN结形成过程分解：
h
11
2. PN结的单向导电性
无外接电压的PN结→开路PN结，平衡状态PN结
PN结外加电压时 →外电路产生电流 正向偏置（简称正偏） PN结： PN结外加直流电压V：P区接高电位（正电