第1章半导体器件基础

第一章半导体器件基础电子技术基础目录第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识1.2二极管及其基本应用电路1.3特殊二极管1.半导体材料

在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。所谓半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。最常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）两种元素半导体。硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。1.1半导体基础知识----半导体材料第一章半导体器件基础

本征半导体的共价键结构2.本征半导体及其导电作用

本征半导体——本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体晶体制造。

半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----本征半导体及其导电作用这一现象称为本征激发，也称热激发。当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----本征半导体及其导电作用

可见本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----本征半导体及其导电作用杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入微量合适的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著改变，形成杂质半导体。根据掺入杂质的化合价不同，可分为N型半导体和P型半导体。1.N型半导体在纯净的硅（或锗）晶体中掺入微量的5价磷元素，就形成了N型半导体。第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----杂质半导体多余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----N型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----P型半导体杂质半导体的示意图++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----PN结内电场E

因多子浓度差

形成内电场

多子的扩散

空间电荷区

阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层

1.PN结的形成第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----PN结的单向导电性少子漂移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----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。外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF正向电流1.1半导体基础知识----PN结的单向导电性第一章半导体器件基础(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区

外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN第一章半导体器件基础1.1半导体基础知识----PN结的单向导电性第一章半导体器件基础若PN结的P端接电源负极、N端接电源正极，这种接法称为反向偏置，简称反偏。反偏时，PN结变宽，流过较小的反向电流（主要为少子的漂移电流），其方向由N区指向P区。此时PN结对外电路呈现较高的电阻，这种状态称为反向截止。

PN结正向导通、反向截止，这就是PN结的单向导电性。由于PN结是构成二极管的核心，因此它也决定了二极管的单向导电性。1.1半导体基础知识----反向截止

二极管=PN结+管壳+引线NP结构符号阳极+阴极-(1)二极管的结构及符号第一章半导体器件基础1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的结构与符号1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的伏安特性第一章半导体器件基础正偏IR（少子漂移）反偏反向饱和电流反向击穿电压反向击穿热击穿—烧坏PN结电击穿—可逆

(1)最大整流电流IF——二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。(2)反向击穿电压UBR——二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压。

(3)最大反向电流IRM

——当二极管加上最大反向工作电压时的反向饱和电流。(4)最高工作频率fM

——保持二极管单向导通性能时,外加电压允许的最高频率。第一章半导体器件基础1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的主要参数1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的等效电路模型第一章半导体器件基础理想模型：在正向偏置时，其管压降为0V，而当二极管处于反向偏置时，它的电阻为无穷大，电流为0。在实际的电路中，当电源电压远大于二极管的管压降时，利用此法来近似分析是可行的。1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的等效电路模型第一章半导体器件基础恒压降模型：该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的等效电路模型第一章半导体器件基础折线模型：为了较真实地描述二极管的U-I特性，在恒压降模型的基础上作一定的修正，即认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增大而增加。1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的等效电路模型第一章半导体器件基础小信号模型：二极管的直流电压UVD和电流IVD在二极管的U-I特性曲线上可以得到相应的点，称为直流工作点或静态工作点，简称Q点。当二极管工作于Q点，在低频交流小信号作用下，其等效电路是一个动态电阻，即二极管的交流电阻。1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的基本应用电路第一章半导体器件基础开关电路：普通二极管常用来作为电子开关。1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的基本应用电路第一章半导体器件基础整流电路：将交流电压转换成直流电压，称为整流。普通二极管也可以应用于整流电路1.2二极管及其基本应用电路-----二极管的基本应用电路第一章半导体器件基础限幅电路：普通二极管常用来作为电子开关。1.3特殊二极管第一章半导体器件基础

二极管的种类较多，除一些普通用途的二极管外，还有一些特殊用途的二极管，如稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管等。(1)稳压二极管

正向特性曲线与普通二极管的正向特性曲线相似；反向未击穿的特性曲线与普通二极管的反向击穿时的特性曲线相似,但稳压二极管的反向击穿特性曲线很陡。

1.3特殊二极管----稳压二极管第一章半导体器件基础稳压二极管是一种特殊的硅材料二极管，由于在一定的条件下能起到稳定电压的作用，故称稳压管，常用于基准电压、保护、限幅和电平转换电路中。当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时,其两端电压近似为常数稳定电压稳压二极管伏安特性曲线

正向同二极管稳压二极管伏安特性曲线

第一章半导体器件基础1.3特殊二极管----稳压二极管1.3特殊二极管----稳压二极管第一章半导体器件基础稳压管稳压是利用其在反向击穿时电流可在较大范围内变动而击穿电压却基本不变的特点实现的。1.3特殊二极管----变容二极管第一章半导体器件基础变容二极管是利用PN结的结电容效应设计出来的一种特殊二极管，可作为可变电容使用，常用于高频电路中的电调谐、调频、自动频率控制、稳频等场合。1.3特殊二极管----发光二极管第一章半导体器件基础发光二极管简称LED，是一种能将电能转换成光能的半导体器件，当它通过一定的电流时就会发光。1.3特殊二极管----光电二极管第一章半导体器件基础

光电二极管又称光敏二极管，是一种能将光信号转换为电信号的器件，常用于光电转换