第一章 常用半导体器件精品
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常用半导体器件
图1.5 P型半导体旳共价键构造
多数载流子（多子）参加导电，杂质原子成 为不可移动旳离子，半导体呈现电中性。
多子旳浓度与掺杂浓度有关，受温度影响很 小；
少数载流子（少子）是因本征激发产生，因 而其浓度与掺杂无关，对温度非常敏感，影响 半导体旳性能.
三、PN结及其单向导电性
1. PN结旳形成 PN结合 多子浓度差 多子扩散 产生空间 电荷区，形成内电场 阻止多子扩散， 促使少子漂移。
四 、半导体二极管旳应用
1、一般二极管
利用二极管旳单向导电性，可实现整流、限 幅及电平选择等功能。
（1）整流电路
利用单向导电性能旳整流元件，将正负交替 变化旳正弦交流电压变换成单方向旳脉动直流 电压。
在电压正半周（设a端为正，b端为负时为正 半周）电流通路如图(a)中实线箭头所示；电压 旳负半周，电流通路如图(b)中虚线箭头所示。 经过RL旳电流iL以及RL上旳电压uL旳波形如图 1.25所示。iL、uL都是单方向旳全波脉动波形。
图1.6 载流子分布浓度差引起扩散运动
扩散运动：多数载流子因浓度上旳差别而形 成旳运动。
漂移运动：少数载流子在内电场作用下有规 则旳运动。
漂移运动和扩散
运动旳方向相反。
无外加电场时，经过
PN结旳扩散电流等
于漂移电流，PN结
旳宽度处于稳定状态。
图1.7 PN结旳形成
2. PN结旳单向导电性
（1）PN结外加正电压
一 、三极管旳构造及符号
1.三极管旳基本构造
三极管旳构造特点： （1）基区做得很薄，
且掺杂浓度低； （2）发射区杂质浓度很高； （3）集电区面积较大.
NPN
PNP
图1.29 三极管构造与符号
2.三极管旳分类
多数载流子（多子）参加导电，杂质原子成 为不可移动旳离子，半导体呈现电中性。
多子旳浓度与掺杂浓度有关，受温度影响很 小；
少数载流子（少子）是因本征激发产生，因 而其浓度与掺杂无关，对温度非常敏感，影响 半导体旳性能.
三、PN结及其单向导电性
1. PN结旳形成 PN结合 多子浓度差 多子扩散 产生空间 电荷区，形成内电场 阻止多子扩散， 促使少子漂移。
四 、半导体二极管旳应用
1、一般二极管
利用二极管旳单向导电性，可实现整流、限 幅及电平选择等功能。
（1）整流电路
利用单向导电性能旳整流元件，将正负交替 变化旳正弦交流电压变换成单方向旳脉动直流 电压。
在电压正半周（设a端为正，b端为负时为正 半周）电流通路如图(a)中实线箭头所示；电压 旳负半周，电流通路如图(b)中虚线箭头所示。 经过RL旳电流iL以及RL上旳电压uL旳波形如图 1.25所示。iL、uL都是单方向旳全波脉动波形。
图1.6 载流子分布浓度差引起扩散运动
扩散运动：多数载流子因浓度上旳差别而形 成旳运动。
漂移运动：少数载流子在内电场作用下有规 则旳运动。
漂移运动和扩散
运动旳方向相反。
无外加电场时，经过
PN结旳扩散电流等
于漂移电流，PN结
旳宽度处于稳定状态。
图1.7 PN结旳形成
2. PN结旳单向导电性
（1）PN结外加正电压
一 、三极管旳构造及符号
1.三极管旳基本构造
三极管旳构造特点： （1）基区做得很薄，
且掺杂浓度低； （2）发射区杂质浓度很高； （3）集电区面积较大.
NPN
PNP
图1.29 三极管构造与符号
2.三极管旳分类
第1章—02-半导体二极管-sw
六、发光二极管 发光二极管
将电能转换成光能的特殊半导体器件。 1.定义：将电能转换成光能的特殊半导体器件。 定义： 2.类型 类型 普通发光二极管 红外发光二极管 …… 直流驱动电路 交流驱动电路
3.常用驱动电路： 常用驱动电路：
4.工作原理： 管子加正向电压时 在正向电流激发下， 4.工作原理：当管子加正向电压时，在正向电流激发下， 工作原理 管子发光，属电致发光。 管子发光，属电致发光。 注意：发光二极管在加正向电压时才发光。 注意：发光二极管在加正向电压时才发光。
模拟电子技术基础 第1章 常用半导体器件
电子系 2010年9月 Electronic Department Sep. 2010
第一章 常用半导体器件
1.1、半导体的基础知识 1.1、 1.2、半导体二极管 1.2、 1.3、 1.3、晶体三极管 1.4、 1.4、场效应管
1.2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管 六、发光二极管 七、光电二极管 八、其他二极管 九、二极管的应用
ui=0时直流电源作用 时直流电源作用
∆u D U T 根据电流方程，rd = ≈ ∆iD ID
小信号作用 Q越高，rd越小。 越高， 越小。 越高 静态电流
四、二极管的主要参数
• • • • 最大整流电流I 最大整流电流 F：最大平均值 最大反向工作电压U 最大反向工作电压 R：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率f 最高工作频率 M：因PN结有电容效应 结有电容效应 结电容为扩散电容（ 与势垒电容（ 之和。 结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
uL
+
第1章 常用半导体器件(30页)
第1章常用半导体器件1.1 二极管①1.1.1 半导体基础知识1．半导体当电流通过各种物体时，对电流的通过有着各自不同的阻止能力，有的物体可使电流顺利通过，也有的物体不让电流通过，或者在一定的阻力下让其通过。
这种不同物体通过电流的能力叫做物体的导电性。
自然界的物质按导电性可分为绝缘体、导体和半导体三类。
半导体的导电性比导体差，但比绝缘体强。
由于半导体的导电性随杂质浓度、环境温度和光照条件而改变，因此利用它的这些特点，可制成多种性能的电子元器件，如二极管、晶体管、热敏和光敏元件等。
2．本征半导体不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体，其内部存在数量相等的两种载流子：自由电子和空穴。
常温下，本征半导体的两种载流子的数量都很少，所以导电性能很差。
空穴的出现是半导体称区别于导体的重要特征，因为导体只有一种载流子，即自由电子。
3．杂质半导体②向本征半导体中有控制地掺入特定的杂质可以改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。
比如，往纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），形成的半导体称为N型半导体，掺入三价元素（如硼），形成的半导体称为P型半导体。
4．半导体的导电特性半导体的导电机理不同于导体，它具有以下几个导电特性，见表1-1。
①二极管，英文Diode。
②N指Negative，负的、负极性等，P指Positive，正的、正极性等。
采用不同的掺杂工艺，将P 型和N 型半导体制作在同一块硅片上，在两者交界面形成一层很薄的特殊导电层，这个特殊导电层称为PN 结。
从PN 结两端各引出一只电极，再用塑料、金属或玻璃封装成不同的形状，便制成二极管。
从P区引出的电极叫阳极（或正极），从N 区引出的电极叫阴极（或负极），如图1-1所示。
图1-1a 所示为点接触型二极管，由一根金属丝经过特殊工艺与半导体表面相接，形成PN 结。
因其结面积小，不能通过较大的电流；但其结电容小，工作频率高，因此适合于高频电路和小功率整流。
图1-1b 所示为面接触型二极管，采用合金法工艺制成。
第1章常用半导体器件
ui=0时直流电源作用
根据电流方程，rd
uD iD
UT ID
小信号作用
Q越高，rd越小。 静态电流
3. 二极管电路应用举例
（1）开关电路（掌握）
方法：假设法，将D管断开 原则一：单向导电性
阳极 a
k 阴极
D
V阳>V阴，D管正偏，导通 V阳< V阴，D管反偏，截止
原则二：优先导通原则（多二极管电路中）
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
2
98 0.98
100
综上所述，实现晶体三极管放大作用的 两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
正偏电压工作，通电流→发光，电信号→光信号 光颜色：红、橙、黄、绿（与材料磷、砷、镓、化有关）
3. 激光二极管
（a）物理结构 （b）符号
发光二极管
光电二极管
一、晶体管的结构及类型 二、晶体管的电流放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
三极管：电流放大（三个电极）
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
模电1常用半导体器件
ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）
场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ，UCE )
实际测试时如下进行：
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =βIB + ICEO
两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体（Semiconductor）基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制）
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器
1.常用半导体器件
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第五节 场效应晶体管
N沟道增强型MOS管 N沟道耗尽型MOS管 MOS管的主要参数及使用注意事项
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场效应晶体管是用输入回路的电场效应来控 制半导体中的多数载流子，使流过半导体内的电 流大小随电场强弱而变化，形成电压控制其导电 的一种半导体器件。与晶体管相比场效应晶体管 更易于集成。
场效应晶体管有两种: 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管
发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。
发光二极管只能工作在正向偏置状态，工 作 时电路中必须串接限流电阻。
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第四节 晶体管
晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性和参数的影响
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一、晶体管的基本结构和类型
集电极
集电结
集电区
基极
基区
返回
例2、已知ui = 6sinωt，UZ =3V，画输出波形。
ui /V
6
ui
VS
3
uo O
ωt
uo
3
O
ωt
返回
例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分
别为UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向压降为0.7Ｖ，若
输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波
形。
Ui
R
12V
Ui R
Uo 6V VS1 VS2 －2V
（ NPN： VBC. > VNBP>NVE V C V B V E
PNP： VC<PUNB <PVE）V C V B V E
返回
例2：有三只晶体管，分别为 锗管β＝150， ICBO＝2μA； 硅管β＝100，ICBO＝1μA； 硅管β＝40，ICEO＝41μA；试从β和温度稳定 性选择一只最佳的管子。 解： β 值大，但ICBO也大，温度稳定性较差； β 值较大，ICBO＝1μA，ICEO＝101 μA ； β 值较小，ICEO＝41μA， ICBO＝1μA。 、 ICBO相等，但 的β 较大，故 较好。
第五节 场效应晶体管
N沟道增强型MOS管 N沟道耗尽型MOS管 MOS管的主要参数及使用注意事项
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场效应晶体管是用输入回路的电场效应来控 制半导体中的多数载流子，使流过半导体内的电 流大小随电场强弱而变化，形成电压控制其导电 的一种半导体器件。与晶体管相比场效应晶体管 更易于集成。
场效应晶体管有两种: 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管
发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。
发光二极管只能工作在正向偏置状态，工 作 时电路中必须串接限流电阻。
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第四节 晶体管
晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性和参数的影响
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一、晶体管的基本结构和类型
集电极
集电结
集电区
基极
基区
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例2、已知ui = 6sinωt，UZ =3V，画输出波形。
ui /V
6
ui
VS
3
uo O
ωt
uo
3
O
ωt
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例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分
别为UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向压降为0.7Ｖ，若
输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波
形。
Ui
R
12V
Ui R
Uo 6V VS1 VS2 －2V
（ NPN： VBC. > VNBP>NVE V C V B V E
PNP： VC<PUNB <PVE）V C V B V E
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例2：有三只晶体管，分别为 锗管β＝150， ICBO＝2μA； 硅管β＝100，ICBO＝1μA； 硅管β＝40，ICEO＝41μA；试从β和温度稳定 性选择一只最佳的管子。 解： β 值大，但ICBO也大，温度稳定性较差； β 值较大，ICBO＝1μA，ICEO＝101 μA ； β 值较小，ICEO＝41μA， ICBO＝1μA。 、 ICBO相等，但 的β 较大，故 较好。
第1章 常用半导体器件 91页
P IF 外电场
＋
＋N ＋
内电场
E
R
2024年10月8日星期二
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11
② 外加反向电压（也叫反向偏置）
第1章 常用半导体器件
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难
以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂移 运动产生的，I很小，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
P 区 空间电荷区 N 区
5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。
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18
1.1.3 稳压管及其它类型二极管
第1章 常用半导体器件
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。
阳极
阴极
(b)
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。
Vo
Vi
V
o
(b)
解 当Vｉ＝＋20V，V１反向击穿稳压VＺ１＝6.3V，V２ 正向导通，VＤ２＝０.7V，则VＤ＝６.３＋０.７＝7V；
同理Vｉ＝-20V，VO＝-7V。
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22
第1章 常用半导体器件
光电二极管——远红外线接收管,太阳能光电池
反向电流随光照强度的增加而上升。 I U
＋＋＋
＋＋ ＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场
外电场 I
E
R
硕
硕
内电场方向 PN 结及其内电场
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12
1.1.2 半导体二极管
1章 常用半导体器件图
ΔI 0
0
ui
U
ΔU
例4.Dio －
E
5.稳压管的参数及应用
• ⑴.稳压管的(应用电路)工作原理：
IR ＋
R
Ui
Z
IZ
IL RL
•
┗┓ D
－
IR=IZ + IL IR =(Ui –UZ)/R
稳压管的伏安特性和等效电路
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⑴.稳压管稳压电路
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⑵.稳压管的参数
• • • • • ①.稳定电压UZ ②.稳定电流IZ ③.额定功耗PZ ④.稳压管的温度系数 ⑤.动态电阻rZ
(1).PN结内部载流子 的运动：
①.多子的扩散运动： ②.自建电㘯和 耗尽层的形成： 载流子复合
③.少数载流子的 漂移运动：
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2. PN结的单向导电性：
(1). PN结加正向电压时导通
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(2).PN结加反向电压时截止
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3.PN结的伏安特性
• ⑴. PN结的电流方程：
i Is(
qu kT
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图1.5.1 单结晶体管的结构示意图和等效电路
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图1.5.2 单结晶体管特性曲线的测试
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图1.5.3 单结晶体管组成的振荡电路
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图1.5.4 晶闸管的外形
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图1.5.5 晶闸管的结构、等效电路和符号
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图1.5.6 晶闸管的工作原理
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图1.5.7 晶闸管的伏安特性曲线
返回
返回
图1.6.1 基片与管芯图
返回
图1.6.2 集成电路的剖面图及外形
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图1.6.3 PN结隔离的制造工艺
Pi=Ni
P = Pa ＋ Pi N = Ni （多子）P＞n（少子）
第一章常用半导体器件111
导体：载流子－－自由电子 半导体：载流子－－自由电子和空穴
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导 体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个 重要的外部因素。
第1章 常用半导体器件
1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质（元素）， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是 掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
结束
(1-16)
第1章 常用半导体器件
多余 电子
+4 +4
磷原子
+5
+4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
P型区
空间电 N型区 荷区
结束
(1-24)
电位V
UD
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间电 荷区
N型区
空间电荷区两边存在电位差ＵＤ－称电位壁垒。
硅：0.6～0.8Ｖ
锗：0.2～0.3Ｖ
（空间电荷区、耗尽层）
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导 体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个 重要的外部因素。
第1章 常用半导体器件
1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质（元素）， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是 掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
结束
(1-16)
第1章 常用半导体器件
多余 电子
+4 +4
磷原子
+5
+4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
P型区
空间电 N型区 荷区
结束
(1-24)
电位V
UD
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间电 荷区
N型区
空间电荷区两边存在电位差ＵＤ－称电位壁垒。
硅：0.6～0.8Ｖ
锗：0.2～0.3Ｖ
（空间电荷区、耗尽层）
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
第1章半导体器件
击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适 当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过 热而烧坏。如稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻 R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmin的范围内。
在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围 内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就 是利用这一点达到“稳压”效果的。
2 何谓杂质半 导体？N型半导 体中的多子是 什么？少子是 什么？
3 P型半导体中的空 穴多于自由电子，是 否意味着带正电？N 型半导体是否带负 电？
10
1.1 半导体基础知识
g. PN结及其形成过程
杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。
空间电荷区
P区
在一块晶片的两端分别注入三价 元素硼和五价元素磷
内电场 外电场
V
IS
13
1.1 半导体基础知识
i. PN结的电流方程
一般地：
qu
i I s (e kT 1)
可以简化为，
u
i
I
I
s
(eUT
1)
当T=300K时，
u
i I s (e 0.026 1)
14
1.1 半导体基础知识
j. PN结的伏安特性曲线
当u>> UT时，
u
i IseUT
反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。
23
1.2 半导体二极管
正向导通区的讨论
I (mA) 60
当外加正向电压大于死区电压时，二 极管由不导通变为导通，电压再继续增
在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围 内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就 是利用这一点达到“稳压”效果的。
2 何谓杂质半 导体？N型半导 体中的多子是 什么？少子是 什么？
3 P型半导体中的空 穴多于自由电子，是 否意味着带正电？N 型半导体是否带负 电？
10
1.1 半导体基础知识
g. PN结及其形成过程
杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。
空间电荷区
P区
在一块晶片的两端分别注入三价 元素硼和五价元素磷
内电场 外电场
V
IS
13
1.1 半导体基础知识
i. PN结的电流方程
一般地：
qu
i I s (e kT 1)
可以简化为，
u
i
I
I
s
(eUT
1)
当T=300K时，
u
i I s (e 0.026 1)
14
1.1 半导体基础知识
j. PN结的伏安特性曲线
当u>> UT时，
u
i IseUT
反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。
23
1.2 半导体二极管
正向导通区的讨论
I (mA) 60
当外加正向电压大于死区电压时，二 极管由不导通变为导通，电压再继续增
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++ ++
IR
加反压的大小无关，所以 内电场 E
称为反向饱和电流。但IR
与温度有关。
EW
R
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；
PN结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
3. PN结的伏安特性曲线及表达式
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。
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I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
cm3
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
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
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
二. 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。
1.N型半导体
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
反向饱和电流 反向击穿电压
IF（多子扩散） 正偏
反向击穿
反偏
IR（少子漂移） 电击穿——可逆
热击穿——烧坏PN结
u
根据理论分析： i IS (e UT 1)
u 为PN结两端的电压降
当 u>0
u>>UT时
u
e UT 1
i 为流过PN结的电流 IS 为反向饱和电流
100
0
0
0.2 00
10 9.32 9.32
100
0
0
7 00
例 ： 二 极 管 构 成 的 限 幅 电 路 如 图 所 示 ， R ＝ 1kΩ ，
UREF=2V，输入信号为ui。
(1)若 ui为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、
理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压uo
解：（1）采用理想模型分析。
R
+
I＝ui UREF 4V 2V 2mA
R
1k
ui
uo UREF 2V
-
I+
uO
U RE F
-
采用理想二极管串联电压源模型分析。
I＝ui UREF－UD 4V 2V 0.7V 1.3mA
R
1k
uo UREF UD 2V 0.7V 2.7V
少子漂移电流
耗尽层
多子扩散电流
少子飘移
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
P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
－ － －－ ++ + +
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流
势垒 UO
硅 0.5V 锗 0.1V
多子扩散电流
内电场 E
EW
R
(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I R
P
空间电 荷区
N
在一定的温度－ 下，－ 由－本 － + + + +
征激发产生的少－子浓－度是－ － + + + +
一定的，故IR基－本上－与外－ －
一. 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 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”。
本征半导体的共价键结构
+4
+4 +4
+4
+4 +4
+4
+4 +4
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。
应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变 化，就像电容充放电一样。
P 空间电荷区 N
－－
++
－－
++
－－ ++
EW
R
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压 不同时，PN结两 侧堆积的少子的 + 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗尽层 N 区 －
P 区中电子 浓 度 分布
26(mV ) ID (mA )
二极管的近似分析计算
例： R
串联电压源模型 R
理想二极管模型 R
1kΩ
E
I
10V
1kΩ
E
I
10V
0.7V
1kΩ
E
I
10V
测量值 9.32mA
I (10 0.7)V 9.3mA 1K
I 10V 10mA 1K
相对误差
相对误差
9.32 9.3 9.32
（2）如果ui为幅度±4V的交流三角波，波形如图（b）所 示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模
型分析电路并画出相应的输出电压波形。
ui
R
4V
2V
+
I+tΒιβλιοθήκη uiuO0
-
U RE F
-
-4V
uo
解：①采用理想二极管
2V
t
模型分析。波形如图所示。
N 区中空穴 浓 度 分布
极间电容（结电容）
x
Ln
Lp
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构 1.2.2 二极管的伏安特性与参数
1.2.3 二极管的等效电路 1.2.5 其它半导体二极管
半导体二极管图片一
半导体二极管图片二
半导体二极管图片三
变电阻rd 。
（c） 折线模型 （c） 折线模型
（d）微变等效模型
微变电阻rd 计算
即
rd
uD iD
根据 iD IS (euD /UT 1)
得Q点处的微变电导
gd
diD duD
Q
IS UT
e uD /UT
Q
ID UT
则
rd
1 gd
UT ID
常温下（T=300K）
rd
UT ID
iD IS (eUD /UT 1)
近似描述。
D
IS：反向饱和电流 UT：电压当量，室温下26mV
E
硅二极管 锗二极管
开启电压
0.5V
0.1V
导通电压
0. 6~0.8V (取 0.7V)
0. 2~0.3V (取 0.3V)
IR
反向 漏电
导通电压
开启电压 Uon
二极管伏安特性与温度T的关系：
由于IS随T 的增加而增加，所以二极管的正向压降VF随T 的增加而降低。
ID
ID
理想二极管符号
UD
0
(V)
（a）理想模型VA特性
开关模型等效电路
0.7V
UD
0 0.7 (V)
（b）开关模型VA特性
3、折线模型：正向导通时。相 当于理想二极管串联一个等效
电阻rD和一个电压源UON ，特
性曲线如图（c)所示。
rD U / I
4、微变等效模型：二极管工作 在正向特性的某一小范围内时， 其正向特性可以等效成一个微
1.2.3 二极管的等效电路
1、理想二极管模型：正向工作时二极管导通电压等于0。反向时， 二极管开路，特性曲线如图（a)所示。一般适用于大信号工作状态。 例如逻辑电路、整流电路中。
2、开关模型：正向导通时。相当于理想二极管串联一个0.7伏（导 通电压，非UON）的恒定电压源，特性曲线如图（b)所示。由于该 模型比较简单，在模拟电路里用得比较多。
1.2.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极 管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平 面型三大类。 (1) 点接触型二极管
二极管的结构示意图
(a)点接触型
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
一般线性减少2～2.5mV/C （利用该特性，可以把二极管作为温度传感器）
二极管参数：
(1) 最大整流电流IF
(2) 反向击穿电压UBR和最大反向工作电压UR
(3) 反向电流IR
(4) 正向压降UF
UR下的反向电流
(5) 最高工作频率fM
1N4000系列整流管：3kHz；1N4148开关管：～MHz
P N P 型支持衬底
(c)平面型
往往用于集成电路制造 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。