4常用半导体分立器件

第一代半导体材料 以Si，Ge为代表； 第二代半导体以GaAs, InP为代表；， 第三代半导体：III族氮化物半导体材料（GaN）
电子器件所用的半导体具有晶体 结构，因此把半导体也称为晶体。
硅谷、集成电路 Silicon valley Integrated circuit
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与
Si
Ge
惯性核
结
来自百度文库
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晶体结构
共价键
+4
+4
+4
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+4
+4
+4
+4
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电工电子学 chapter 4
共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形 20.8.6 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(Bonded Electron)，束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子(Free～)，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。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正 确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的 目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，即根据实际情况，对器 件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以 便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就 不要过分追究精确的数值。
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4. 杂质半导体(Impurity~)
20.8.6
电工电子学 chapter 4 4.1
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。
即使得自由电子和空穴的数量差别极大，且其
导电性能由杂质的类型和掺杂的数量支配，而不再
20.8.6
电子空穴成对消失。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。
注意：(1)在常温下，本征半导体中载流子浓度:
Si：ni= pi=1.5×1010/cm3，Ge： ni= pi=2.5×1013/cm3,
半 与原子密度（约为1022/cm3量级）相比，是微不足道
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3. 本征半导体
20.8.6 纯净的、具有晶体结构
电工电子学 chapter 4 4.1
的半导体。
将硅或锗材料提纯并形 成单晶体后，便形成共价键 结构。
价电子：最外层原子轨道
上的电子。
半
4个价电子
导
体
的
基 本
+14 2 8 4 +32 2 818 4
+4
知
识
PN
导 体
的（1/3.3×1012 ），故本征半导体的导电性很弱，不
的 基
能直接用于制造半导体器件。
本
知 识
(2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能
与 也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
PN
结
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电工电子学 chapter 4
本征半导体, 杂质半导体
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电工电子学 chapter 4
半导体器件是构成电子线路的基本元件，所用 20.8.6 的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料。
在大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路 （VLSI）中主要使用硅（Si）和砷化镓（GaAs） 材料。
器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、 工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
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4.1 半导体的基本知识与PN结
一、 20.8.6 半导体的基本知识
电工电子学 chapter 4
1. 半导体 器件的特点 体积小、重量轻、寿命长、能耗低。
在绝对零度（即T＝0）和
+4
+4
+4
无外界激发时，硅和锗晶体中
由于没有传导电流的导电粒 子存在，所以不能导电。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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电工电子学 chapter 4 4.1
本征激发－在常温下，由于热激发，使一些价电子 20.8.6 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电
电工电子学 chapter 4
第四章 常用半导体分立器件
20.8.6
Diode, Transistor
半导体的基本知识与PN结 半导体二极管及其应用电路 双极型三极管 绝缘栅型场效应管
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电工电子学 chapter 4
学习要求：
20.8.6
子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴(Hole)。 因热运动产生自由电子空穴对的现象称本征激发 （Excitation, 又称热激发）。
自由
+4
+4
+4
电子
PN
半 导 体 的 基 本 知 识 与
结
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+4
+4
+4
空穴
+4
+4
+4
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两种载流子: 能够导电的电荷称为载流子(current 20.8.6 or charge carrier)。
半导体的导电特性：
20.8.6
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、 光敏三极管等)。
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）。
本征半导体中有数量相等的两种载流子：自由电 子和空穴。
空穴导电的实质是价电子依次填补空位的运动。
电工电子学 chapter 4
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电工电子学 chapter 4 4.1
本征浓度
复合—自由电子和空穴在热运动中相遇而释放能量，
2. 物质的分类（按其导电能力的大小） 导体 如：金、银、铜、锡,电阻率, ρ<10-4cm
绝缘体 如：橡胶、陶瓷、塑料、木制品等
ρ 1012cm
半导体 如：锗、硅、砷化镓，一些硫化物和氧化物
（导电性能介于导体与绝缘体之间，受温度、光照和
掺杂程度影响极大。） 10-3cm < ρ<109cm
半导体（根据纯度的不同）可以分为