半导体器件基础(3)
半导体器件基础
半导体器件基础半导体器件是现代电子技术中极其重要的组成部分，它们广泛应用于电子设备和通信系统中。
本文将介绍半导体器件的基础知识，包括半导体材料、PN结、二极管、晶体管和集成电路。
一、半导体材料半导体器件的核心是半导体材料。
半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，它的导电性能在室温下较低，但在特定条件下可被控制增强。
常见的半导体材料有硅和锗。
半导体材料的导电特性取决于其原子晶格的结构和杂质的掺入。
二、PN结PN结是半导体器件中常见的结构之一。
它由一个掺杂有三价杂质的P区和一个掺杂有五价杂质的N区组成。
在PN结中，P区的杂质原子会释放出空穴，而N区的杂质原子则释放出电子。
当P区和N区相接触时，空穴和电子将发生复合，形成电势垒。
这种电势垒在正向偏置和反向偏置下表现出不同的特性。
三、二极管二极管是最简单的半导体器件之一。
它由PN结组成，具有两个引线，分别为阴极和阳极。
二极管可用于整流、开关和发光等应用。
在正向偏置下，电流可以顺利通过二极管；而在反向偏置下，电流将被截断。
四、晶体管晶体管是半导体器件的一种重要类型。
它由三个掺杂不同的区域组成，分别为发射极、基极和集电极。
晶体管可用于放大、开关和振荡等电路中。
具体而言，当有电流流经基极时，晶体管将放大电流，并将其从发射极传递到集电极。
五、集成电路集成电路是将大量的半导体器件和电子元件集成在单个芯片上的技术。
它是现代电子技术发展的重要里程碑，使得电子设备更小、更强大。
集成电路分为两种主要类型：模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路用于处理连续变化的信号，而数字集成电路则用于处理离散的数字信号。
综上所述，半导体器件作为现代电子技术的基础，具有广泛的应用前景。
通过了解半导体材料、PN结、二极管、晶体管和集成电路等基础知识，我们可以更好地理解和应用半导体器件，推动电子技术的进步和创新。
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
半导体器件基础
半导体器件基础一、引言半导体器件是现代电子技术的基础，广泛应用于通信、计算机、消费电子等各个领域。
本文将对半导体器件的基础知识进行介绍，包括半导体材料、PN结、二极管和晶体管。
二、半导体材料半导体器件的制作材料主要是硅（Si）和锗（Ge）。
这两种材料的原子结构中，外层电子数与内层电子数相差较小，使得它们具有较好的导电性能。
此外，硅和锗还具有稳定的化学性质和较高的熔点，适合用于制作半导体器件。
三、PN结PN结是半导体器件中最基本的结构之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
在PN结中，P型半导体中的空穴（正电荷）和N型半导体中的电子（负电荷）会发生扩散，形成空间电荷区。
空间电荷区中的电荷分布形成了电场，使得PN结两侧形成了正负电势差。
当外加电压使得PN结正向偏置时，空间电荷区变窄，电流可以通过；当外加电压使得PN结反向偏置时，空间电荷区变宽，电流无法通过。
PN结的这种特性使其成为二极管和晶体管等器件的基础。
四、二极管二极管是一种最简单的半导体器件，由PN结组成。
二极管具有只能单向导通电流的特性，即正向偏置时电流可以通过，反向偏置时电流无法通过。
二极管广泛应用于电路中的整流、限流和保护等功能。
五、晶体管晶体管是一种三层PN结的器件，由发射极、基极和集电极构成。
晶体管的工作方式取决于PN结的偏置状态。
当PN结适当偏置时，发射极和集电极之间的电流受到基极电流的控制。
晶体管可以放大电流和信号，广泛应用于放大器、开关和逻辑电路等领域。
六、其他半导体器件除了二极管和晶体管，半导体器件还包括场效应晶体管（FET）、可控硅（SCR）等。
FET是一种基于电场控制的器件，具有高输入阻抗和低噪声的特点，适用于放大和开关电路。
SCR是一种具有双向导通特性的器件，广泛应用于交流电控制领域。
七、结论半导体器件基础知识对于理解和应用现代电子技术至关重要。
本文介绍了半导体材料、PN结、二极管和晶体管等基本概念。
通过深入学习和理解半导体器件的基础知识，我们可以更好地应用和创新电子技术，推动科技进步和社会发展。
半导体基础知识
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
规定2.3V以上为1 0V以下为0
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
二极管构成的门电路的缺点
• 电平有偏移 • 带负载能力差
第三章 门电路
3.1 概述 • 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如
与门、与非门、或门 ······
门电路中以高/低电平表 示逻辑状态的1/0
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许有 一定的变化范围
正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1
3.2半导体二极管门电路
T1 , T2同时导通
若T1 , T2参数完全对称，VI
1 2
VDD时，VO
1 2 VDD
三、输入噪声容限
在VI 偏离VIH 和VIL的一定范围内，VO 基本不变； 在输出变化允许范围内，允许输入的变化范围称为输入噪声容限
VNH VOH(min) VIH (min) VNL VIL(max) VOL(max)
• 硅管，0.5 ~ 0.7V • 锗管，0.2 ~ 0.3V
• 近似认为:
• VBE < VON iB = 0 • VBE ≥ VON iB 的大小由外电路电压，电阻决定
iB
VBB VBE Rb
三极管的输出特性
• 固定一个IB值，即得一条曲线， 在VCE > 0.7V以后，基本为水平直线
iC f (VCE )
iC f (VCE )
三、双极型三极管的基本开关电路
第一章半导体器件基础知识
第一节
第 一 节 半 导 体 的 基 本 知 识
第二节
第三节
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
3
第一章 半导体器件基础知识
本章概述
第一节
第二节
三、本征半导体 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。 共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中 有自由电子和空穴两种载流子参与导电。 空穴产生：价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束 缚后留下的空位，空穴带正电。
+ + VD
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
u
i
C
RL
uo
第三节
£ -
£ -
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
21
第一章 半导体器件基础知识
六、特殊二极管
本章概述
第一节
1．发光二极管 发光二极管（LED）是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的外 型和符号如图1－12所示。在LED的管头上一般都加装了玻璃透镜。
R
+ VD +
ui Us O t
第一节
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
第三节
+
第四节
ui
Us
uo
uo Us O t
第五节
－
图1－８ 单向限幅电路 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
18
－
－
第一章 半导体器件基础知识
本章概述
(2)双向限幅电路 通常将具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，电路 及其输入波形如图1-９所示。图中电源电压U1、U2用来控制它的上、 下门限值。
半导体器件的基础知识
4．判断三极管 ICEO 的大小
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。
1 — 基极，2 — 发射极，3 — 集电极。
若为 NPN 型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。
若为 PNP 型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。
1.2.6 片状三极管
1.2 半导体三极管
1.2 半导体三极管
1—基极，3—发射极，2、4（内部连接在一起）—集电极。
大功率三极管：额定功率在 1 W ~ 1.5 W 的大功率三极管，一般采用 SOT-89 形式封装 。
1.2 半导体三极管
带阻片状三极管 在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管。
1.2 半导体三极管
方法：分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个 PN 结的正、反向电阻异常，就可判断三极管已坏。
万用表置于“R 1 k ”挡或 “R 100”挡位。
2．判断三极管的好坏
1.2 半导体三极管
半导体三极管
01
02
3．判断三极管 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。
（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。
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。
半导体器件基础知识
半导体基础知识一、半导体本础知识（一）半导体自然界的物质按其导电能力区别，可分为导体、半导体、绝缘体三类。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之前的物质，其电阻率在10-3~109Ω范围内。
用于制作半导体元件的材料通常用硅或锗材料。
（二）半导体的种类在纯净的半导体中掺入特定的微量杂质元素，能使半导体的导电能力大提高。
掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。
根据掺杂元素的性质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体。
（三）PN结及其特性1、PN结：PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路的基础。
它是由P型半导体和N型半导体相“接触”后在它们交界处附近形成的特殊带电薄层。
2、PN结的单向导电性：当PN结外加正向电压（又叫正向偏置）时，PN结会表现为一个很小的电阻，正向电流会随外加的电压的升高而急速上升。
称这时的PN结处于导通状态。
当PN结外加反向电压（以叫反向偏置）时，PN结会表现为一个很大的电阻，只有极小的漏电流通过且不会随反向电压的增大而增大，这时的电流称为反向饱和电流。
称这时的PN结处于截止状态。
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
3、频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。
导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。
二、半导体二极管（一）半导体二极管及其基本特性1、半导体二极管：半导体二极管（简称为二极管）是由一个PN结加上电极引线并封装在玻璃或塑料管壳中而成的。
其中正极（或称为阳极）从P区引出，负极（或称为阴极）从N区引出。
以下是常见的一些二极管的电路符号：普通二极管稳压二极管发光二极管整流桥堆2、二极管的伏安特性二极管的伏安特征如下图所示：二极管的伏安特性曲线（二）二极管的分类二极管有多种分类方法1、按使用的半导体材料分类二极管按其使用的半导体材料可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管等。
半导体器件基础
半导体二极管，也叫晶体二极管。它由一个PN结构成，具有单向导电性，是整流电路的核心器件。
几种常见二极管的外形
二极管的结构及电路符号 二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
二极管的特性——单向导电性
二极管在电路中受外加电压控制共有两种工作状态： 正向导通和反向截止。 正向导通特性： 正向电压达到一定程度（硅二极管为0.6V,锗二极管为0.2V）， 二极管导通，正向电流增加很快，导通时正向电压有一个很小的变化，就会引起正向电流很大的变化，两引脚之间的电阻很小，相当于开关接通。
小结
半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。半导体具有热敏、光敏、杂敏等特性。常用的半导体材料是硅和锗，并被制作成晶体。 半导体导电时有两种载流子（自由电子和空穴）参与形成电流。在纯净的半导体中掺入不同的微量杂质，可以得到N型半导体（电子型）和P型半导体（空穴型）。 P型半导体和N型半导体相连接在结合处形成PN结，PN结的基本特性是具有单向导电性。
多数载流子——自由电子 少数载流子——空穴
N型半导体主要是电子导电。
N型半导体和P型半导体
P型半导体 【Positive空穴】
1
在锗或硅晶体内掺入少量三价元素杂质，如硼；这样在晶体中有了多余的空穴。
2
空穴
3
硼原子
4
硅原子
5
多数载流子——空穴 少数载流子——自由电子
6
P型半导体主要是空穴导电。
7
PN结及其增大，PN结被电击穿，失去单向导电性。如果没有适当的限流措施，PN结会被热烧毁。
综上所述
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通（相当开关闭合）； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止（相当开关断开）。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性（开关特性）。
半导体基本器件
半导体基本器件引言半导体是一种具有特定电子行为的材料，既不完全是导体，也不是绝缘体。
半导体在现代电子设备中起到至关重要的作用，因为它们可以用来制造各种各样的基本器件。
这些基本器件在电路中起到关键的作用，如放大信号、控制电流等。
本文将学习和讨论一些常见的半导体基本器件，包括二极管、三极管和场效应管。
二极管二极管是一种最简单的半导体器件。
它由两个相反类型的半导体材料（P型和N型）组成，其中P区具有多余的正电荷，N区具有多余的负电荷。
这种差异导致了一个电势能壕，使得电子很难穿过二极管。
当正向电压施加在二极管上时，电子可以通过二极管流动，形成一个电流。
而在反向电压下，电子无法通过二极管，形成一个开路。
二极管被广泛用于整流电路中。
整流电路可以将交流信号转换为直流信号，通过使用二极管的开关特性来选择正向电流流向。
在直流电源中，二极管还可以作为保护器件，防止电流逆向流动。
三极管三极管是一种用来放大电流的半导体器件。
它由三个区域组成：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
发射极和基极之间是一个PN 结，称为发射结，而基极和集电极之间是另一个PN结，称为集电结。
三极管的放大作用是通过输入信号在基极端产生的小电流来控制集电极端的电流增益。
当输入信号为正向偏置时，基极电流增加，从而导致集电极电流增加。
因此，三极管可以被用作电流放大器。
此外，三极管还可以作为开关使用，当输入信号为正时，三极管工作在饱和区，导通集电极电流；当输入信号为负时，三极管工作在截止区，阻断集电极电流。
场效应管场效应管（FET）是一种用于放大和控制电流的半导体器件。
它由源极（S）、栅极（G）和漏极（D）组成。
在场效应管中，控制电流通过控制栅极电压来实现。
场效应管有两种主要类型：增强型和耗尽型。
增强型FET的栅极电压增加时，漏极电流也增加。
耗尽型FET的栅极电压增加时，漏极电流减小。
场效应管与三极管的一个重要区别是它的输入电阻更高，这使得场效应管在某些应用中更具优势。
半导体器件基础
半导体器件基础半导体器件是由半导体材料制成的电子元件，用于控制和放大电流和电压。
常见的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、双极型晶体管、光电二极管等。
半导体器件的基础知识包括以下几个方面：1. 半导体材料：半导体器件主要使用硅（Si）和砷化镓（GaAs）等半导体材料。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导特性，可以通过控制材料的掺杂来调节其导电性。
2. PN结：PN结是半导体器件中最基本的结构，由P型和N型半导体材料直接接触而成。
在PN结中，P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合，形成一个电子云区，这称为耗尽区。
耗尽区的存在使得PN结具有正向导通和反向截止的特性。
3. 二极管：二极管是一种最简单的半导体器件，由PN结构成。
在正向偏置（即P端连接正电压）时，二极管导通，允许电流通过；在反向偏置（即N端连接正电压）时，二极管截止，电流无法通过。
二极管广泛用于整流和保护电路中。
4. 晶体管：晶体管是一种三层构造的半导体器件，通常分为NPN和PNP两种类型。
晶体管可以作为开关或放大器使用，可以控制一个输入电流或电压来控制另一个输出电流或电压。
晶体管的放大性能使得它在电子设备中有广泛的应用。
5. 场效应管：场效应管是一种基于电场效应的半导体器件，包括MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）和JFET （结型场效应管）两种。
场效应管具有高输入电阻、低输入电流、低噪声等特点，常用于放大和开关电路中。
6. 光电器件：光电器件包括光电二极管和光电三极管，它们能够将光信号转换为电信号。
光电器件广泛应用于光通信、光电传感、光能转换等领域。
以上是半导体器件基础的概述，深入了解半导体器件还需要学习更多的电子物理和电路理论知识。
《半导体器件基础》课件
这个PPT课件将带你深入了解半导体器件基础知识，从定义和分类开始，逐步 介绍固体物理基础、材料特性及应用等内容。
第一章 概述
半导体器件的定义和分类
从理解半导体器件的概念和分类开始，打下良好的基础。
固体物理基础
了解固体物理基础和半导体的结构特性，为后续内容打下坚实的基础。
介绍在半导体器件制造过程中使用的工艺辅助设备和材料。
第八章 半导体器件测试与可靠性
半导体器件生产过程中的测试
讨论半导体器件生产过程中的测试方法和步骤，确保 产品质量。
半导体器件的可靠性分析方法
介绍半导体器件的可靠性分析方法，以提高产品可靠 性和寿命。
结语
1 半导体器件的未来发展趋势
2 学习资源和参考文献
CMOS电路的设计原理 和技巧
讲解CMOS电路设计的原理和技巧， 探索其优势和应用范围。
第五章 光电子器件
光电二极管和光电晶体管
了解光电二极管和光电晶体管的原理和结构，以及其在光电子学中的应用。
光电耦合器件和光电器件应用
探索光电耦合器件和其他光电器件的特性和应用领域。
第六章 集成电路和MEMS器件
展望半导体器件领域的未来，包括新技术和应用。
提供学习资源和参考文献，以便进一步学习和探 索。
2
稳压二极管
介绍稳压二极管及其在电路中的应用，以及其工作原理。
3
功率晶体管
理解功率晶体管的工作原理和应用，探讨其在电路中的功能。
第四章 MOS场效应管
基础概念和原理
深入了解MOS场效应管的基本概 念、工作原理和操作特性。
MOSFET的模型和特性
介绍MOSFET的模型和特性，包括 负载线和阈值电压等。各种应用中的表现。
半导体器件基础习题三
半导体器件基础习题三2014年5月27日姓名学号作业务请写上中文姓名、学号，发往luming.sjtu42@。
1，已知铝栅P 沟MOSFET的N型衬底掺杂浓度N D＝5×1015atoms／cm3，栅氧化层厚度d sio2＝1000Å氧化层中固定正电荷密度Q SS/q = 1011atoms／cm2求铝栅P 沟MOSFET的阈值电压。
解：由先计算先计算故再计算代入可得2，已知硅栅N 沟MOSFET的P 型衬底掺杂浓度N A = 1.5×1015 atoms／cm3，栅氧化层厚度d sio2＝1000Å氧化层中固定正电荷密度Q SS/q = 1011atoms／cm2多晶硅中掺入磷的浓度N D＝5×1018atoms／cm3求MOSFET 的阈值电压。
解：根据给出的数据，可以算出故代入可得3，硅栅N 沟MOSFET场区氧化层厚度d sio2＝10 4 Å氧化层中固定正电荷密度Q SS/q＝1011atoms／cm2如果在场区增加掺杂浓度N A＝5×1015 atoms／cm3试求厚膜场区的阈值电压。
解：这时因为有根据数据可得4．铝栅 N 沟 MOSFET 的 P 型衬底掺杂浓度N A ＝2.0×1015 atoms ／cm 3 氧化层厚度 d sio2 ＝1500Å 铝的功函数 W m ＝ 4.20 eVP 型硅掺杂浓度为N A ＝1.5×1016 atoms ／cm 3时的功函数 W si ＝4.97 eV试求氧化层中固定正电荷密度分别为 Q SS ／q = 5×1010 atoms ／cm 2 Q SS ／q = 5×1011 atoms ／cm 2 时的阈值电压。
解：UMS 和 氧化层中的电荷 QSS ：= 4.20V - 4.97 V = - 0.77 V 计算根据数据可得阈值电压UT= - 0.77 V – 0.47V + 0.1V + 0.66V= - 0.48V5．试问图示MOSFET 处于饱和状态还是非饱和状态？解：图(a) 是P 沟MOSFET，衬底接地，因为|U DS | ＞|U GS | - |U T |即8V ＞(5 - 3) V，所以处于饱和工作状态。
半导体器件重要知识点总结
半导体器件重要知识点总结一、半导体基础知识1. 半导体的概念及特性：半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的一类材料。
由于半导体材料的导电性能受温度、光照等外部条件的影响比较大，它可以在不同的条件下表现出不同的导电特性。
半导体材料常见的有硅、锗等。
2. P型半导体和N型半导体：P型半导体是指在半导体材料中掺入了3价元素，如硼、铝等，使其成为带正电荷的空穴主导的半导体材料。
N型半导体是指在半导体材料中掺入了5价元素，如磷、砷等，使其成为自由电子主导的半导体材料。
3. 掺杂：半导体器件在制造过程中一般都要进行掺杂，以改变其导电性能。
掺杂分为N型掺杂和P型掺杂，通过掺杂可以使半导体材料的导电性能得到调控，从而获得所需要的电子特性。
4. pn结：pn结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构，它是构成各类半导体器件的基础之一。
pn结具有整流、发光、光电转换等特性，在各类器件中得到了广泛的应用。
二、半导体器件的基本知识1. 二极管（Diode）：二极管是一种基本的半导体器件，它采用pn结的结构，在正向偏置时可以导通，而在反向偏置时则将电流阻断。
二极管在各类电子电路中具有整流、电压稳定、信号检测等重要作用。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种由半导体材料制成的三电极器件，它采用多个pn结的结构，其主要功能是放大信号、开关电路和稳定电路等。
晶体管在各类电子器件中扮演着至关重要的作用，是现代电子技术的重要组成部分。
3. 集成电路（IC）：集成电路是将大量的半导体器件集成在一块半导体芯片上的器件，它可以实现各种功能，如存储、计算、通信等。
集成电路在现代电子技术中已成为了各类电子产品不可或缺的一部分，是现代电子产品的核心之一。
4. MOS场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体的结构的场效应晶体管，它在功率控制、开关电路、放大器等方面有着重要的应用。
MOSFET在各类电源、电动机控制等领域得到了广泛的应用。
半导体电子元器件基本知识
半导体电子元器件基本知识四、光隔离器件光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。
发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。
常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。
受光器引出的管脚为输出端。
光耦合器利用电---光----电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。
光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。
具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。
如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。
光隔离常用如图：五、电容有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。
利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。
电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。
电路原理图一般用C1、C2、C？等表示。
半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。
具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。
PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。
PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。
一、二极管将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。
P结引出的电极称为阳极（正极），N结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。
二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。
5V，诸管大于0。
1V。
用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。
利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。
将交流电压变为单向脉动电压。
精选半导体器件基础3资料
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
由发射区注入并到达集电
区的电子电流 1 对放大作 用有贡献，我们希望这部 分电流尽可能大，其它分
量尽可能小。
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
p 型基区扩散
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
n+ 发射区扩散 接触孔腐蚀 金属淀积及腐蚀 钝化和开启键合窗孔
Fundamental of Semiconductor Devices
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
B 基极
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
C 集电极
E 发射极
NPN 晶体管的图示和电路符号
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
集成晶体管结构示意图
P + P 型 N + 发射区 隔 基区
离 区
N – 外延层
集电区
N + 埋层
P+
N + 发射区 P 型 P +
隔
基区 隔
离 区
N -外延层 集电区
半导体器件基础3
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
相应的三个电极称为发射
极、基极和集电极，常用
E，B 和 C ( 或 e，b 和 c ) 表示。 BJT 有两种基本结构类型
pnp 管和 npn 管
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
第二章 双极结型晶体管基本特性
Chapter 2 Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
Fundamental of Semiconductor Devices
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
B 基极
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
C 集电极
E 发射极
NPN 晶体管的图示和电路符号
Fundamental of Semiconductor Devices
pn 结隔离
集成双极晶体管（ICBJT）工艺
p 型衬底开始
n + 隐埋层注入
生长外延层
p + 隔离扩散
p 型基区扩散
Fundamental of Semiconductor Devices
Chapter 2
Basic Properties of Bipolar Junction Transistors
n+ 发射区扩散 接触孔腐蚀 金属淀积及腐蚀 钝化和开启键合窗孔
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空穴的出现是半导体导电区别导体导电的 一个主要特征。
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1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使 其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性 质不同，杂质半导体分为两类：电子型 （N型）半导体和空穴型（P型）半导体。
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图1.3 束缚电子填补空穴的运动
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3.结 论
（1）半导体中存在两种载流子，一种 是带负电的自由电子，另一种是带正电的 空穴，它们都可以运载电荷形成电流。
（2）本征半导体中，自由电子和空穴 相伴产生，数目相同。
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（3）一定温度下，本征半导体中电子 空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴 对的数目相对稳定。
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（3）反向击穿特性
从图1.13可见，当反向电压的值增大到 UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会 急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反 向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，
可以做成稳压二极管，但一般的二极管不
允许工作在反向击穿区。
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2.二极管的温度特性
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1. N型半导体
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微 量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等， 则构成N型半导体。
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五价的元素具有五个价电子，它们进
入由硅（或锗）组成的半导体晶体中，五 价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在 与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时， 因为多一个价电子不受共价键的束缚，很 容易成为自由电子，于是半导体中自由电 子的数目大量增加。自由电子参与导电移 动后，在原来的位置留下一个不能移动的 正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此 同时没有相应的空穴产生，如图1.4所示。
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图1.5 P型半导体共价键结构
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P型半导体中，空穴为多数载流子（多 子），自由电子为少数载流子（少子）。P 型半导体主要靠空穴导电。
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1.1.3 PN结及其单向导电性
1. PN结的形成
多数载流子因浓度上的差异而形成的 运动称为扩散运动，如图1.6所示。
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图1.15 二极管极性的测试
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2.二极管好坏的判定
（1）若测得的反向电阻很大（几百千 欧以上），正向电阻很小（几千欧以下）， 表明二极管性能良好。
（2）若测得的反向电阻和正向电阻都 很小，表明二极管短路，已损坏。
（3）若测得的反向电阻和正向电阻都 很大，表明二极管断路，已损坏。
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如图1.3所示，空穴（如图中位置1）出 现以后，邻近的束缚电子（如图中位置2） 可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在
这个束缚电子的位置又出现一个新的空位， 另一个束缚电子（如图中位置3）又会填补 这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空
穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此 束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
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发光二极管应用非常广泛，常用作各 种电子设备如仪器仪表、计算机、电视机 等的电源指示灯和信号指示等，还可以做 成七段数码显示器等。发光二极管的另一 个重要用途是将电信号转为光信号。普通 发光二极管的外形和符号如图1.23所示。
小稳定电流IZmin和最大稳定电流IZmax之分。 ③ 耗散功率PM。它是指稳压管正常工
作时，管子上允许的最大耗散功率。
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（3）应用稳压管应注意的问题
① 稳压管稳压时，一定要外加反向电 压，保证管子工作在反向击穿区。当外加 的反向电压值大于或等于UZ时，才能起到 稳压作用；若外加的电压值小于UZ，稳压 二极管相当于普通的二极管使用。
二极管是对温度非常敏感的器件。实
验表明，随温度升高，二极管的正向压降 会减小，正向伏安特性左移，即二极管的 正向压降具有负的温度系数（约为2mV/℃）；温度升高，反向饱和电流会增 大，反向伏安特性下移，温度每升高10℃， 反向电流大约增加一倍。图1.14所示为温 度对二极管伏安特性的影响。
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（1）稳压管的伏安特性和符号
图1.20所示为稳压管的伏安特性和符号。
图1.20 稳压二极管的伏安特性和符号
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（2）稳压管的主要参数
① 稳定电压UZ。它是指当稳压管中的 电流为规定值时，稳压管在电路中其两端 产生的稳定电压值。
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② 稳定电流IZ。它是指稳压管工作在 稳压状态时，稳压管中流过的电流，有最
发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白 和蓝6种，所发光的颜色主要取决于制作管 子的材料，例如用砷化镓发出红光，而用
磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管
是新型产品，主要应用在手机背光灯、液
晶显示器背光灯、照明等领域。
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发光二极管工作时导通电压比普通二极
管大，其工作电压随材料的不同而不同，一 般为1.7V～2.4V。普通绿、黄、红、橙色发 光二极管工作电压约为2V；白色发光二极管 的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管 的工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工 作电流一般在2mA～25mA的范围。
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图1.8 PN结外加正向电压
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（2）PN结外加反向电压
PN结P端接低电位，N端接高电位，称 PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置， 简称为反偏，如图1.9所示。
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图1.9 PN结外加反向电压
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PN结的单向导电性是指PN结外加正向 电压时处于导通状态，外加反向电压时处 于截止状态。
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图1.13 二极管的伏安特性曲线
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（2）反向特性
二极管外加反向电压时，电流和电压 的关系称为二极管的反向特性。由图1.13 可见，二极管外加反向电压时，反向电流 很小（I≈-IS），而且在相当宽的反向电压 范围内，反向电流几乎不变，因此，称此 电流值为二极管的反向饱和电流。
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图1.14 温度对二极管伏安特性的影响
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3.二极管的主要参数
（1）最大整流电流IF
最大整流电流IF是指二极管长期连续工作时， 允许通过二极管的最大正向电流的平均值。
（2）反向击穿电压UBR
反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。
（3）反向饱和电流IS
它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值 愈小，说明二极管的单向导电性愈好。
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图1.4 N型半导体的共价键结构
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2.P型半导体
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微 量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等， 则构成P型半导体。
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三价的元素只有三个价电子，在与相
邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于 缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空 位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量， 有可能填补这个空位，使原子成为一个不 能移动的负离子，半导体仍然呈现电中性， 但与此同时没有相应的自由电子产生，如 图1.5所示。
——自由电子和空穴
温度越高，半导体材料中产生的自由 电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自 由电子后，在原来的位置留有一个空位， 称此空位为空穴。
本征半导体中，自由电子和空穴成对 出现，数目相同。图1.2所示为本征激发所 产生的电子空穴对。
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图1.2 本征激发产生电子空穴对
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图1.7 PN结的形成
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空间电荷区出现后，因为正负电荷的
作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。 内电场的方向，会对多数载流子的扩散运
动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少 数载流子（P区的自由电子和N区的空穴） 越过空间电荷区，进入对方。少数载流子
在内电场作用下有规则的运动称为漂移运
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图1.6 P型和N型半导体交界处载流子的扩散
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由于空穴和自由电子均是带电的粒子， 所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性 被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移 动的带异性电荷的离子层，称此离子层为 空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.7 所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩 散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了， 因此又称空间电荷区为耗尽层。
动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无 外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂 移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度 保持一定而处于稳定状态。
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2. PN结的单向导电性
如果在PN结两端加上不同极性的电压， PN结会呈现出不同的导电性能。
（1）PN结外加正向电压
PN结P端接高电位，N端接低电位，称 PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置， 简称为正偏，如图1.8所示。
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1.2.3 二极管的测试
1.二极管极性的判定
将红、黑表笔分别接二极管的两个电 极，若测得的电阻值很小（几千欧以下）， 则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔 所接电极为二极管的负极；若测得的阻值 很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电 极为二极管负极，红表笔所接电极为二极 管的正极，如图1.15所示。
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