半导体器件类型与特性
什么是半导体器件常见的半导体器件有哪些
什么是半导体器件常见的半导体器件有哪些半导体器件是指在半导体材料基础上制造的电子器件。
它具有介于导体与绝缘体之间的特性，既能够传导电流，又能够控制电流的大小和方向。
半导体器件广泛应用于电子、通信、计算机、光电等领域，是现代科技发展的基础之一。
半导体器件的种类繁多，涵盖了许多不同的功能和应用。
下面将介绍一些常见的半导体器件：1. 整流器件整流器件用于将交流电转换为直流电，常见的整流器件有二极管和整流桥。
二极管是最基础的半导体器件之一，通过正向电压使电流通路畅通，而反向电压则阻止电流流动。
整流桥由四个二极管组成，可以实现更高效的电流转换。
2. 放大器件放大器件可以将输入信号信号放大输出，常见的放大器件有晶体管和场效应晶体管（FET）。
晶体管通过控制输入电流，改变输出电流的放大倍数，广泛应用于各种放大和开关电路中。
FET则是利用场效应原理，通过控制栅极电压来调节输出电流。
3. 逻辑器件逻辑器件用于实现逻辑运算和数据处理，常见的逻辑器件有门电路、触发器和寄存器。
门电路包括与门、或门、非门等，用于实现与、或、非等逻辑运算。
触发器和寄存器则用于存储和传输数据，实现时序逻辑功能。
4. 可控器件可控器件可以通过控制信号来改变器件的电特性，常见的可控器件有可控硅（SCR）和可控开关。
可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，可以实现高压大电流的控制。
可控开关通过改变输入信号的状态，控制输出电路的导通和断开。
5. 光电器件光电器件将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号。
常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻和光电晶体管。
光电二极管具有较快的响应速度，可用于光电转换和光通信。
光敏电阻对光信号具有较大的灵敏度，常用于光控开关和光敏电路。
光电晶体管通过光控电流来控制电流的通断，常用于光电触发器和光电继电器。
除了以上提到的常见半导体器件，还有诸如二极管激光器、发光二极管（LED）、MOSFET、IGBT等。
这些器件在不同的应用领域发挥着重要的作用，推动着科技的不断进步和创新。
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识半导体器件的基本知识，真是个神奇的世界。
咱们常常提到“半导体”，脑海里浮现出那些小小的芯片，觉得它们离我们有点遥远。
其实，半导体就在我们身边，像个无形的助手，让生活变得更加便利。
一、半导体的基本概念1.1 半导体是什么？半导体，简单来说，就是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它们在某些条件下能导电，在其他情况下又不导电。
是不是听上去有点神秘？其实，最常见的半导体材料就是硅。
我们用的手机、电脑，里面的处理器，几乎都离不开硅的身影。
1.2 半导体的特性半导体有很多奇妙的特性，比如它的电导率。
温度变化、杂质掺入，都会影响它的导电性能。
说白了，半导体的电性就像人心一样，瞬息万变。
通过控制这些特性，工程师们可以设计出各种各样的电子器件。
二、半导体器件的类型2.1 二极管咱们来聊聊二极管。
这小家伙看似简单，却是半导体世界的基石。
二极管只允许电流朝一个方向流动。
它就像个单行道，确保电流不走回头路。
常见的应用就是整流器，把交流电转成直流电。
这在生活中非常重要，大家用的手机充电器，就离不开二极管的帮助。
2.2 晶体管接下来是晶体管。
晶体管的发明可谓是科技界的一场革命。
它不仅能放大电信号，还能用作开关，控制电流的流动。
晶体管的出现，让电子产品变得更小、更快。
你知道吗？现代计算机的核心，CPU，里面就有成千上万的晶体管在默默工作。
2.3 其他器件还有很多其他的半导体器件，比如场效应管、光电二极管等。
每种器件都有其独特的用途和应用领域。
它们一起构成了一个复杂而又和谐的生态系统。
可以说，半导体器件的多样性是现代科技发展的动力。
三、半导体的应用3.1 消费电子说到应用，咱们首先想到的就是消费电子。
手机、平板、电视，都是半导体的舞台。
随着科技的进步，半导体技术不断演变，产品功能越来越强大，性能越来越高。
可以说，半导体让我们的生活变得丰富多彩。
3.2 工业应用除了消费电子，半导体在工业中也大显身手。
自动化设备、传感器、控制系统，全都依赖于半导体技术的支持。
功率半导体器件要点
功率半导体器件要点功率半导体器件是指用于控制和转换电力的半导体器件，其具有承载高电流和高电压的特点。
在电力电子领域中，功率半导体器件广泛应用于电力变换、传输和控制系统中，起到关键的作用。
本文将重点介绍功率半导体器件的要点，包括常见的功率半导体器件类型、特性与工作原理、应用领域和发展趋势等方面。
1.常见的功率半导体器件类型常见的功率半导体器件包括功率二极管、功率晶体管、功率场效应管（MOSFET）、可控硅（SCR）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。
每种器件都有自己特殊的工作原理、结构和性能特点，适用于不同的应用场合。
2.功率半导体器件的特性与工作原理不同类型的功率半导体器件具有不同的特性和工作原理。
例如，功率二极管通常用作电流开关和快速恢复整流器，其主要特点是低电压降、快速开关速度和高导通电流能力。
功率晶体管在电力放大和开关电路中广泛使用，具有高功率放大能力和较高的开关速度。
功率场效应管主要有MOSFET和IGBT两种类型，其特点是低输入阻抗、高开关速度和较低的控制电压。
可控硅主要用于交流电控制和直流电开关，其工作原理是通过施加门极电压来控制器件的导通。
3.功率半导体器件的应用领域功率半导体器件在电力电子领域有广泛的应用。
例如，功率二极管通常用于电源、电机驱动和变频器等电路中。
功率晶体管广泛应用于功率放大、开关和变换器等电路。
功率场效应管主要用于集成电路和电力开关等领域。
可控硅被广泛应用于交流变频器、电动机起动和照明控制等场合。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）结合了晶体管和可控硅的特点，逐渐成为高功率应用的主流器件。
4.功率半导体器件的发展趋势随着电力电子的广泛应用和需求的增加，功率半导体器件面临着高功率、高频率、高效率和小型化等方面的挑战。
近年来，功率半导体器件在结构设计、材料改进和工艺制造等方面取得了重大进展。
新型材料如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的应用，使功率半导体器件具有更高的工作温度、更高的开关速度和更低的导通电阻。
第一章半导体器件的特性讲解
主要内容及要求
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 双极型晶体管（BJT） 1.5 场效应管（FET）
基础，必须掌握： 基本概念，原理， 特征曲线、参数， 应用等。
了解原理，掌握特 征曲线、参数。
1.1 半导体的导电特性
半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分 导体、绝缘体和半导体。 －4 导 体：ρ<10 Ω·cm 9 绝缘体：ρ>10 Ω·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有 化合物半导体砷化镓GaAs等。
1.5 场效应管
二、工作原理
VDS=0时， VGS 对沟道的控制作用
当VGS＜0时， PN结反偏，| VGS | 耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续 减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时， 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。 若在漏源极间加上适当电压，沟道中有 电流ID流过。 VGS＝0时，ID较大； VGS＝VGS(off)时，ID近似为零， 这时管子截止。
1.5 场效应管
特点：
利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体 中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高 （107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功 耗小。
分类：
1.5 场效应管
1.5.1结型场效应管 一、结构
N沟道结型场效应管结构示意图
N沟道管符号
P沟道管符号
晶体管结构示意图
晶体管符号
1.4 双极型晶体管
生成类型：合金型和平面型
要实现电流放大作用，要求： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大。
半导体物理与器件
有机半导体：由有机分子组成的半 导体，如蒽、萘等
半导体中的载流子
载流子的定义：在半导体中，能够自由移动的电子和空穴被称为载流子。 载流子的类型：自由电子、空穴、离子化杂质等。 载流子的运动：在电场作用下，载流子会发生漂移和扩散两种运动。 载流子的作用：载流子是半导体器件工作的基础，它们的运动和相互作用决定了器件的性能。
生物芯片等
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频率特性参数
频率响应：描述器 件在不同频率下的 性能
截止频率：器件能 够正常工作的最高 频率
增益带宽积：描述 器件在增益和带宽 之间的权衡关系
噪声系数：描述器 件在放大信号时的 噪声性能
噪声特性参数
噪声源：半导体器件内部 的热噪声、散粒噪声等
噪声类型：白噪声、粉红 噪声、布朗噪声等
噪声影响：影响器件的信 噪比、增益、带宽等性能
半导体物理与器件
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目录
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01
半导体物理基础
02
半导体器件工作原理
03
半导体器件的特性参 数
04
半导体器件的应用领 域
05
半导体器件的发展趋 势与挑战
06
添加章节标题
半导体物理基础
半导体的定义与特性
半导体：介于导体和绝缘体之 间的材料
半导体的特性：导电性受温度、 光照、电场等外界因素影响
半导体的能带结构
半导体的能带结构：由价 带、导带和禁带组成
价带：电子占据的最高能 级，电子不能在此能级上 自由移动
导带：电子占据的最低能 级，电子可以在此能级上 自由移动
禁带：价带和导带之间的 能量区域，电子不能在此 区域内自由移动
半导体的能带结构决定了 其电导性质和光学性质
半导体器件
+
COM
BUZZ 2.5 25 250 BATT DC mA
+
红表笔
2
1
3 4
红表笔
【练习五】 1、用万用表测量指定二极管的正向和反向电 阻，判断其是硅还是锗材料的，判断正极和负极。
2、使用数字式万用表和指针式万用表的电阻 挡进行判别给定桥式整流器引脚和的好坏。 3、用万用表测量指定稳压二极管，粗略判断 其稳压值。
一、普通二极管
把一块P型和一块N型半导体结合在一起构成 PN结，也就成为半导体二极管的基本结构，分别 引出正极和负极电极就成了一个二极管。
+ + P N P N + -
二极管的符号
+
-
二极管的符号如上图所示；正极也称阳极， 可用字母A表示,负极也称阴极，用字母K表示。
-
+
Hale Waihona Puke 1、普通二极管的类型 二极管主要有硅和锗两种类型，硅二极管的 漏电电流小、反向击穿电压高，但正向压降也高， 约为0.7V。锗二极管的漏电电流相对较大、反向 击穿电压较低，但正向压降小约为0.2V。 二极管结构有点接触型和面接触型的两种， 点接触型二极管的PN结面积很小，只能承受较小 的电流，但能在高频电路中工作，适用于检波、 调制和各种开关电路。面接触型二极管具有电流 大，但结电容较大，适用于低频交流电的整流， 不适用于高频电路。
② 发光二极管的外形和符号 常见的发光二极管的外形有直径2、3、5(mm) 圆形的和2×5(mm)长方型的，发光二极管也具有单 向导电的性质，只有加上正向电压才会发光。 发光二极管符号如下图。通常发光二极管用来 做电路工作的指示，它比小灯泡的效率高得多，而 且寿命也长得多。
半导体材料的分类_及其各自的性能
其中晶态半导体又可以分为单晶半导体和多晶半导体。
上述材料中，锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶，是由均一的晶粒有序堆积组成；而多晶则是由很多小晶粒杂乱地堆积而成。
对于非晶态半导体，有非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有固定熔点，内部结构不存在长程有序，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列，称作短程有序。
另外，在实际应用中，根据半导体材料中是否含有杂质，又可以将半导体材料分为本征半导体和杂质半导体。
在下面的章节中将会介绍，杂质的存在将对材料的性能产生很大的影响。
二. 半导体材料的结构及其性能1.几种半导体材料的结构1.1金刚石结构型材料Si、Ge等Ⅳ族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最近邻的原子数)只能是 4。
方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。
共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°28′，这种正四面体称为共价四面体，见图 1.2。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子，二条线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗略看成圆球并且最近邻的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。
单纯依靠图1.2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图1.3(a)画出了由四个共价四面体所组成的一个Si、Ge晶体结构的晶胞，统称为金刚石结构晶胞，整个Si、Ge晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成。
它是一个正立方体，立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子。
金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移 1/4 对角线长度套构而成的。
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。
半导体器件教案
第1 章半导体二极管及其应用本章规定：1、理解本证半导体、P 型和N 型半导体的特性及PN 结的形成过程。
2、熟悉二极管的伏安特性及其分类。
3、掌握直流稳压电源的构成及各部分电路的作用。
本章重点：1、PN 结的单向导电性。
2、二极管的伏安特性及应用。
本章难点：PN 结的形成。
教学时数：8 学时教学办法：自学+多媒体教学1.1半导体的特性及其类型一、半导体的独特特性１、导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属普通都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：导电特性处在导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和某些硫化物、氧化物等。
2、半导体的导电特性：（1）热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显增强。
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
（2）光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。
(可做成多个光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管教学办法阐明通过生产生活中的电子产品引入课题。
等)。
（3）掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显变化。
(可做成多个不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
3、本征半导体的晶体构造（1）本征半导体 --- 完全纯净的、不含其它杂质且含有晶体构造的半导体称为本征半导体。
（2）、本征半导体中的两种载流子----自由电子和空穴使本征半导体含有导电能力，但很微弱。
注意：温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好因。
此，温度对半导体器件性能影响很大。
二、杂质半导体注意阐明：本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差。
1、N 型半导体----掺入五价元素如磷、锑、砷等。
自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
2、P 型半导体掺入三价元素如硼、镓、铟等。
空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
注意：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。
2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。
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。
半导体材料基础_基本特性
为直接跃迁。相当于电子由价带竖直地跃迁到导带，所以也
称为垂直跃迁。对应的材料为直接带隙半导体。k = k'+ hv
间接跃迁
c
若导带底和价带顶位于k空间的不同位置，则任
何竖直跃迁所吸收的光子能量都应该比禁带宽
度大。但实验指出，引起本征吸收的最低光子
能量还是约等于Eg。
——推论：除竖直跃迁，还存在另一类跃迁过
激子吸收不会改变半导体的导 电性。
Eenx
=
1
2 r
m* m
13.6 n2 (eV )
iii) 杂质吸收
杂质可以在半导体的禁带中引入杂质能级，占据杂质 能级的电子或空穴的跃迁可以引起光吸收，这种吸收 称为杂质吸收，可以分为下面三种类型： a.吸收光子可以引起中性施主上的电子从基态到激发 态或导带的跃迁； b.中性受主上的空穴从基态到激发态或价带的跃迁； c.电离受主到电离施主间的跃迁；
自由载流子吸收也需要声子参与， 因此也是二级过程，与间接跃迁过 程类似。但这里所涉及的是载流子 在同一带内不同能级间的跃迁。
自由载流子吸收不会改变半导体的 导电性。
v) 子带间的跃迁
电子在价带或导带中子带（sub-band）之间的跃迁。 在这种情况下，吸收曲线有明显的精细结构，而不同 于由自由载流子吸收系数随波长单调增加的变化规律 。
由于杂质能级是束缚态，因而动量没有确定的值，所 以不必满足动量守恒的要求，因此跃迁几率较大。
杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。杂质 吸收会改变半导体的导电性，也会引起光电效应。
电子在杂质能级及杂质能级与带间的跃迁
浅能级杂质：红外区 深能级杂质：可见、紫外区
iv) 自由载流子吸收
当入射光的波长较长，不足以引起 带间跃迁或形成激子时，半导体中 仍然存在光吸收，而且吸收系数随 着波长的增加而增加。这种吸收是 自由载流子在同一能带内的跃迁引 起的，称为自由载流子吸收。（准 连续、长波长段）
半导体的三个特性
反向特性
击穿特性
当反向电压增大到某一数值时，反向 电流急剧增大，称为二极管的击穿现 象。此时二极管失去单向导电性。
在反向电压作用下，随着电压的增大，反向 电流基本保持不变，称为反向饱和电流。反 向伏安特性曲线是一条近似水平的直线。
二极管主要参数及性能指标
最大整流电流IF
最高反向工作电压UR
指二极管长期连续工作时允许通过的最大 正向平均电流值。该值决定了二极管的功 耗和散热设计。
指二极管两端允许施加的最大反向电压。 若超过此值，则反向电流急剧增大，二极 管的单向导电性被破坏。
反向电流IR
最高工作频率fM
指在规定的反向电压下流过二极管的反向 电流。该值越小，说明二极管的单向导电 性越好。
指二极管能正常工作的最高频率。超过此 值时，由于结电容的作用，二极管的性能 将下降。
03
劣环境。
柔性电子器件
基于柔性基板的半导体器件， 可弯曲、折叠，适用于可穿戴
设备等领域。
生物半导体器件
利用生物材料与半导体技术结 合，制造具有生物兼容性的电
子器件。
未来发展趋势预测与挑战
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的快速发展，半导体器件将朝着更高性能、更低功耗、更小体积的方向 发展。同时，柔性电子、生物电子等新兴领域也将为半导体器件带来新的发展机遇。
半导体材料分类与特点
01
02
03
元素半导体
如硅（Si）、锗（Ge）等， 具有独特的 化铟（InP）等，具有优 异的电学、光学和热力学 性质。
有机半导体
如聚乙炔、聚苯胺等，具 有低成本、可弯曲和轻质 等优点。
半导体能带结构与载流子
能带结构
半导体的能带结构包括价带、导带和禁带。价带中的电子被束缚在原子周围， 导带中的电子可以自由移动，禁带则是价带和导带之间的能量间隔。
半导体器件基础
IC IB
集电极与基极电流的关系为：
IE
IC
IB
共射电流放大倍数
β的值远大于1，通常在20~200范围内，只与管子的结 构有关，与外加电压无关。
放大是最基本的模拟信号处理功能
放大——是指把微小的、微弱的电信号不失 真的进行放大，实现能量的控制和转换。
不失真——就是一个微弱的电信号通过放大器 后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它 随时间变化的规律不能变。
内电场 E
EW
R
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）。
小结 1．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。
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW
R
加反向电压(反偏)——N区接电源正极， P区接电源负极，则电源产生的外电场与PN结的内电场 方向相同，增强了内电场，PN结变宽，表现为很大的电阻，有较小的反向电流（少数载流子形成 的漂移电流），PN结处于反向截止状态。
2、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）。
常见功率半导体器件及其主要特点
常见功率半导体器件及其主要特点一、概述功率半导体器件是现代电子电气设备中不可或缺的组成部分，它承担着电能的调节、放大和转换任务。
在众多功率半导体器件中，普遍应用的包括晶闸管、场效应管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管等。
这些器件各自具有不同的特点和应用范围，下文将对其进行详细介绍。
二、晶闸管晶闸管是最早出现的功率半导体器件之一，其主要特点包括：1. 器件结构简单，工作可靠。
2. 具有单向导电性。
3. 具有双向触发能力。
4. 适用于高压、大电流场合。
5. 效率高、损耗小。
晶闸管广泛应用于直流调速、大功率变频器、交流电能控制等领域。
三、场效应管场效应管又称为MOSFET，其主要特点包括：1. 体积小、重量轻。
2. 导通电阻小、功率损耗小。
3. 开关速度快、可靠性高。
4. 控制电路简单、使用方便。
场效应管广泛应用于开关电源、电力电子设备、汽车电子系统等领域。
四、绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是由绝缘栅双极晶体管和场效应管结合而成的器件，其主要特点包括：1. 具有MOSFET的输入特性和GTR的输出特性。
2. 导通压降低、导通电阻小。
3. 具有高开关速度。
4. 具有大功率、高频率的特点。
IGBT广泛应用于变频调速、逆变器、电动汽车驱动等领域。
五、功率二极管功率二极管是一种常见的半导体器件，其主要特点包括：1. 低开启电压、低通态电压降。
2. 热稳定性好、动态特性好。
3. 寿命长、可靠性高。
4. 具有快速恢复特性。
功率二极管广泛应用于整流器、逆变器、交流稳压电源等领域。
六、结语功率半导体器件在现代工业生产和生活中发挥着重要作用，不同的器件具有不同的特点和应用范围，能够满足各种电能调节、转换的需求。
随着科技的不断发展，功率半导体器件的性能和应用范围将会不断扩大，为人类创造更加便利和高效的生活和工作环境。
七、功率半导体器件的发展趋势随着现代电子技术的发展和能源的需求不断增长，功率半导体器件的应用也愈发广泛。
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。
模拟电子技术 半导体元件及其特性
从功率大小分，可分为大功率管、中功率管和小 功率管。
2.
实验得出如下结论：
IE=IC+IB
IC≈IE
IC I B
三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律，IB 虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB改变而改变。
β称为三极管的电流放大系数，它反映三极管的电 流放大能力，也可以说电流IB对IC的控制能力。
1)
三极管电流之间为什么具有这样的关系呢？ 这可 以通过在三极管内部载流子的运动规律来解释。
a. 发射区向基区发射电子。
电源UBB经过电阻Rb加在发射结上， 发射结正偏， 发射区的多数载流子——自由电子不断地越过发射结而 进入基区，形成发射极电流IE。同时，基区多数载流子 也向发射区扩散，但由于基区很薄，可以不考虑这个 电流。因此， 可以认为三极管发射结电流主要是电子 流。
当P型半导体和N型半导体接触以后，由于交界两 侧半导体类型不同，存在电子和空穴的浓度差。这样， P 区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散, 如图 1.1.1(a)所示。由于扩散运动， 在P 区和N区的接触面 就产生正负离子层。N区失掉电子产生正离子，P区得 到电子产生负离子。通常称这个正负离子层为PN结。
1）
稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样； 反向偏压时，开始一段和二极管一样，当反向电压达 到一定数值以后，反向电流突然上升， 而且电流在一 定范围内增长时，管两端电压只有少许增加，变化很 小，具有稳压性能。这种“反向击穿”是可恢复的， 只要外电路限流电阻保障电流在限定范围内，就不致 引起热击穿而损坏稳压管。
2）
a. 稳定电压值UVDZ: 稳压管在正常工作时管子的端 电压, 一般为3~25V，高的可达200 V。
第6章半导体器件的基本特性
A
DA DB
F
+3V
B
？
0V
-12V
例2:
D2 D1
求：UAB
3k 12V
6V
两个二极管的阴极接在一起 A + 取 B 点作参考点，断开二极 UAB 管，分析二极管阳极和阴极 – B 的电位。
V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V 流过 D2 的电流为 12 I D2 4mA 在这里， D2 起 3 钳位作用， D1起 D1承受反向电压为－6 V 隔离作用。
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出 现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。 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) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
2
N型半导体和 P 型半导体
掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量 增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子，自由电子是少数 载流子。
Si
Si
Si B–
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
第六章 半导体器件的基本特性
电路中的半导体器件与元件特性
电路中的半导体器件与元件特性电路中的半导体器件与元件特性是现代电子技术的基石之一。
它们在各种电子设备中发挥着至关重要的作用，比如计算机、手机、电视等。
本文将介绍一些常见的半导体器件和元件特性，并探讨它们对电路性能的影响。
1. 二极管二极管是最简单的一种半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。
其主要特性是单向导电性，即只允许电流从P端流向N端。
二极管具有正向导通和反向截止两种状态，其正向导通电压和反向截止电流是二极管的重要参数。
二极管在电路中常用于整流、开关和保护等功能。
2. 晶体管晶体管是一种由三个或更多层P型和N型半导体材料组成的器件。
它具有放大和开关控制电流的能力。
晶体管的主要特性包括放大倍数、饱和电流和截止电流等。
晶体管在电路中广泛应用于放大器、开关、振荡器等电子设备中。
3. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应晶体管，它与普通晶体管相比具有更好的性能和较低的功耗。
MOSFET的主要特性包括漏极电流、门电压和开启电压等。
MOSFET在现代集成电路中扮演着至关重要的角色，使得高性能、低功耗的电子设备成为可能。
4. 电容器电容器是一种具有储存电荷能力的电子元件。
它由两个导电板之间的绝缘材料组成，具有存储和放电电荷的特性。
电容器的主要参数包括容量、电压和介电损耗等。
电容器在电路中广泛用于滤波、隔离和储能等功能。
5. 电阻器电阻器是一种能产生电阻的电子元件，用于限制电流流过的器件。
电阻器的主要特性是电阻值和功率耗散。
电阻器可以用于电流限制、电平适配和信号调整等功能。
通过研究和理解半导体器件和元件特性，我们可以更好地设计和优化电路，提高电子设备的性能和可靠性。
此外，我们还能够深入了解电路中的能量转换和信号处理过程，为创新和提供解决方案提供有力支持。
总之，电路中的半导体器件和元件特性是电子技术的重要组成部分，对电路性能起着至关重要的作用。
通过深入研究和理解这些特性，我们能够更好地应用和优化这些器件，推动电子技术的发展。
各种半导体类型的区别
各种半导体类型的区别半导体材料有很多种，根据它们的导电性能和用途，主要有以下几种类型：1. 本征半导体：本征半导体是不含有任何杂质的纯净半导体。
其导电性能主要取决于其内部的电子浓度。
在极低温度下，本征半导体的导电性能可能会非常低，甚至达到绝缘体的程度。
2. 元素半导体：元素半导体是由单一元素构成的半导体，如硅（Si）和锗（Ge）。
这些半导体的导电性能主要由其内部电子和空穴的运动决定。
3. 化合物半导体：化合物半导体是由两种或多种元素构成的化合物，它们以一定的比例结合，形成半导体材料。
化合物半导体有很多种，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
这些半导体的导电性能取决于其内部电子和空穴的浓度以及能带结构。
4. 掺杂半导体：掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，以提高其导电性能。
掺入的元素通常会使半导体的导带中产生额外的电子或使价带中产生额外的空穴，从而提高其导电性能。
5. 有机半导体：有机半导体是由有机材料构成的半导体。
这些材料的导电性能通常低于无机半导体，但其制备工艺相对简单，且材料具有良好的柔韧性，因此在某些领域有一定的应用前景。
6. 非晶半导体：非晶半导体是由非晶态材料构成的半导体。
这些材料的原子排列较为无序，但能带结构与晶体半导体类似，因此具有一定的导电性能。
非晶半导体在制备薄膜器件方面具有一定的优势。
7. 纳米半导体：纳米半导体是指尺寸在纳米量级的半导体材料。
由于量子限域效应的存在，纳米半导体的能带结构和光学性质会发生改变，从而具有一些特殊的光电性能。
以上就是各种半导体的主要区别，每种类型都有其独特的特性和应用领域。
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1.1.2掺杂特性
在本征半导体中掺入少量的特殊元素， 就构成杂质半导体。杂质半导体的导电 能力大大增强，且掺入的杂质越多，其 导电能力越强，这就是半导体的掺杂特 性。当然，掺入的杂质是有严格控制的， 根据掺入杂质化合价的不同，杂质半导 体分为N型半导体和P型半导体两大类。
半导体器件类型和特性
1. N型半导体
半导体器件类型和特性
同样，又可从C处移至D处，因此，空穴似 乎可以在半导体中自由移动，这实质上是价电 子填补空穴的运动。在电场作用下，大量的价 电子依次填补空穴的定向运动形成电流，为区 别于自由电子的运动，把这种价电子填补空穴 的运动叫“空穴运动”。通常认为空穴是一种带 正电荷的载流子，它所带电量与电子相等，符 号相反。那么为什么不说是价电子的运动，而 说是空穴的运动呢？这是因为本征半导体的导 电能力只取决于电子—空穴对的多少，而与其 价电子的数目无关，只有少量的价电子在共价 键中依次作填补运动才起导电作用。
半导体器件类型和 特性
半导体器件类型和特性
1.1 半导体的特性 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应三极管
半导体器件类型和特性
各种电子线路最重要的组成部分是半 导体器件。本章讨论半导体的特性和PN 结的单向导电性，然后分别介绍半导体 二极管、稳压二极管、双极性三极管以 及场效应管的结构、工作原理、特性曲 线、主要参数和等效电路。
半导体器件类型和特性
把在电场作用下，能运载电荷形成电流的 带电粒子称为载流子，显然自由电子是一种载 流子。电阻率高于109Ω·cm的物质为绝缘体， 如云母、橡胶等，最外层电子数大多为8个的 稳定结构，其原子核对最外层电子的束缚力很 大，常温下能形成自由电子的数目很少，因此 导电能力差。半导体的导电能力介于导体与绝 缘体之间，如硅、锗等。制造半导体器件的材 料都要制成单晶体，如单晶硅或单晶锗，它们 是由原子按一定的规则整齐地排列（空间点阵） 而成的，由于这种半导体非常纯净，几乎不含 杂质，结构又完整，所以称为本征半导体。
半导体器件类型和特性
可见，在本征半导体中存在两种载流 子：带负电的自由电子和带正电的空穴。 而金属导体中只有一种载流子——自由 电子，这是二者的一个重要区别。在本 征激发中，半导体中的电子—空穴对不 断地产生，同时当它们相遇时又重新被 共价键束缚，电子—空穴对消失，这种 现象叫“复合”。在一定的温度下，激发和 复合虽然不断地进行，但最终将处于动 态平衡状态，半导体中的载流子浓度保 持在某一定值。由于本征激发产生的电 子—空穴对的数目很少，因此本征半导 体的导电能力很弱。半导体器件类型和特性
半导体器件类型和特性
1.1 半导体的特性
自然界中的物质，依其导电能力的强 弱，通常可分为3大类：导体、绝缘体和 半导体。电阻率低于10-4Ω·cm的物质为 导体，如铜、铝等。导体原子的最外层 电子数目少，很容易摆脱原子核束缚而 形成自由电子，在外电场作用下，这些 自由电子将逆着电场方向作定向运动形 成较大的电流，因此导体的导电能力强。
半导体器件类型和特性
半导体的导电性能同样与其原子结构 有关。硅和锗的原子结构有一个共同点， 即都是四价元素，其原子的最外层电子 数都是4个，原子的最外层电子通常称为 价电子。价电子受核的束缚力最小，半 导体的导电性能与价电子有关，内层电 子与原子核构成稳定的惯性核，若用+4 代表惯性核所具有的电荷量，则可以用 图1.1表示硅或锗的简化原子结构模型。
半导体器件类型和特性
1.2
图 共 价 键 结 构
半导体器件类型和特性
1.1.1本征激发
本征半导体晶体原子间的共价键具有 很强的结合力，在绝对零度（-237℃） 时，价电子无法挣脱共价键的束缚，不 能自由移动，所以共价键内的价电子又 叫束缚电子，这样虽然有大量的价电子， 但没有自由电子，此时，半导体不导电。
半导体器件类型和特性
1.3
图 本 征 激 发 现 象
半导体器件类型和特性
本征激发产生的自由电子将在电场的 作用下定向运动形成电流，因此它构成 本征半导体中的一种载流子——电子载 流子。
那么当共价键中由于失去一个价电子 而出现一个空穴时，如图1.3中A处，与 其相邻的价电子很容易离开它所在的共 价键填补到这个空穴中来，使该价电子 原来所处的共价键中出现一个空穴，如 图1.3中C处，这样空穴便从A处移至C处。
在四价元素晶体中掺入微量的五价元 素，如磷、砷、锑等。组成共价键时， 多余的一个价电子处于共价键之外，束 缚力较弱而成为自由电子，同时杂质原 子变成带正电荷的离子。显然掺入的杂 质越多，杂质半导体的导电性能越好， 这种掺杂所产生的自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子—空穴对的浓度， 所以杂质半导体的导电性能远超过本征 半导体。
半导体器件类型和特性
图1.1简化原子结构模型
半导体器件类型和特性
硅或锗制成单晶体后，由于晶体中原 子之间距离很近，价电子不仅受到其所 属原子核的作用，还受到相邻原子的原 子核的吸引，即一个价电子为相邻的两 个原子核所共有。如图1.2所示，这样， 相邻原子之间通过共有价电子的形式而 紧密结合起来，即形成“共价键”结构。
半导体器件类型和特性
当温度上升或受光照时，价电子以热 运动的形式不断从外界获得一定的能量， 少数价电子因获得的能量较大，而挣脱 共价键的束缚，成为自由电子，同时在 原来的共价键的相应位置上留下一个空 位，叫“空穴”，如图1.3的A处为空穴，B 处为自由电子，显然，自由电子和空穴 是成对出现的，所以称它们为电子—空 穴对。把在光或热的作用下，本征半导 体中产生电子—空穴对的现象，叫本征 激发。
半导体器件类型和特性
显然，这种杂质半导体中自由电子浓 度远大于空穴浓度，所以称电子为多数 载流子（又称多子），空穴为少数载流 子（又称少子），因为这种半导体的导 电能力主要依靠自由电子，所以称其为N 型半导体或电子型半导体。
半导体器件类型和特性
2. P型半导体
在四价晶体中掺入微量的三价元素，如铝、硼、 锢等，三价原子在与四价原子组成共价键时， 因缺少一个电子而产生一个空穴，很容易吸引 邻近的价电子来填补，于是杂质原子变为带负 电荷的离子，而在邻近的四价原子处出现一个 空穴，由于这种杂质原子能吸收电子，因此称 为“受主杂质”。在这种杂质半导体中，空穴浓 度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电 子为少子。因为这种半导体的导电主要依靠空 穴，而空穴带正电荷，所以称其为P型半导体 或空穴型半导体。