半导体器件基本结构
半导体器件物理(详尽版)ppt
半导体 电阻率介于导体和绝缘体之间 。导体（电阻率小于10-8Ω·m）， 绝缘体（电阻率大于106Ω·m）。
晶体 自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶 体（如石英、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。
1.1 半导体的晶格结构
五种常见的晶格结构
●简单立方结构 ●体心立方结构 ●面心立方结构 ●金刚石结构 ●闪锌矿结构
图中“● ”表示价带内的电子 ;图中“○ ”表示价带内的空穴。
思考
• 既然半导体电子和空穴都能导电，而导体只有电子导电，为什么半导体的导 电能力比导体差？
●导带底EC
导带电子的最低能量
●价带顶EV
价带电子的最高能量
●禁带宽度 Eg
Eg=Ec-Ev
●本征激发 由于温度，价键上的电子 激发成为准自由电子，亦 即价带电子激发成为导带 电子的过程 。
●价带
由价电子形成的能带，但半导体 材料价电子形成的低能级能带通 常称为价带。
●禁带宽度/Eg
导带和价带之间的能级宽度，
单位是能量单位：eV（电子伏特）
图1-6
导体、绝缘体、半导体的能带示意图
3~6eV
禁带比较窄，常 温下，部分价带 电子被激发到空 的导带，形成有 少数电子填充的 导带和留有少数 空穴的价带，都
电子不仅可以围绕自身原子核旋转，而且可以转到另一个原子周围，即 同一个电子可以被多个原子共有，电子不再完全局限在某一个原子上， 可以由一个原子转到相邻原子，将可以在整个晶体中运动。
共有化运动
由于晶体中原子的周期性 排列而使电子不再为单个 原子所有的现象，称为电 子共有化。
在晶体中，不但外层价电 子的轨道有交叠，内层电 子的轨道也可能有交叠， 它们都会形成共有化运动；
pn结电流方向
pn结电流方向PN结是半导体器件中最基本的元件之一，也是现代电子技术中最为重要的器件之一。
PN结的正向电流和反向电流是PN结的两个基本特性，本文将详细介绍PN结的电流方向及其相关知识。
一、PN结的基本结构与特性PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，其中，n型半导体中的电子浓度高于空穴浓度，p型半导体中的空穴浓度高于电子浓度。
当n型半导体与p型半导体相接触时，由于电子和空穴的扩散作用，会在接触面上形成一个极薄的耗尽层，即PN结。
PN结具有正向电流和反向电流两种基本特性。
正向电流是指在PN结两端加正电压时，电子从n型半导体向p型半导体移动，同时空穴从p型半导体向n型半导体移动，形成一个电流，即正向电流。
反向电流是指在PN结两端加负电压时，电子从p型半导体向n型半导体移动，同时空穴从n型半导体向p型半导体移动，形成一个电流，即反向电流。
二、PN结正向电流的方向PN结的正向电流方向是从p区向n区流动。
当PN结两端加正电压时，p区的正电荷向PN结中心移动，同时n区的负电荷也向PN结中心移动，这样就会形成一个电场，使得电子和空穴向PN结中心移动，形成正向电流。
在PN结正向电流的过程中，电子从n型半导体向p型半导体移动，空穴从p型半导体向n型半导体移动，这样就会形成一个电流，即正向电流。
正向电流的方向是从p型半导体向n型半导体流动。
三、PN结反向电流的方向PN结的反向电流方向是从n区向p区流动。
当PN结两端加负电压时，n区的负电荷向PN结中心移动，同时p区的正电荷也向PN结中心移动，这样就会形成一个电场，使得电子和空穴向PN结两端移动，形成反向电流。
在PN结反向电流的过程中，电子从p型半导体向n型半导体移动，空穴从n型半导体向p型半导体移动，这样就会形成一个电流，即反向电流。
反向电流的方向是从n型半导体向p型半导体流动。
四、PN结正向电流和反向电流的特性PN结的正向电流和反向电流具有不同的特性。
1、正向电流的特性在PN结正向电流的情况下，当正向电压逐渐增大时，电流也会逐渐增大，直到达到一定的电压，电流会急剧增大，这个电压称为正向开启电压。
半导体知识点总结大全
半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。
（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。
2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。
（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。
半导体物理与器件的基本原理解析
半导体物理与器件的基本原理解析半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能绝缘的物质，因其在电子学领域的广泛应用而备受关注。
本文将对半导体物理及器件的基本原理进行解析，为读者提供更全面的了解。
一、半导体物理基础1. 原子结构半导体是由原子构成的，涉及到原子的结构和性质非常重要。
原子包含了原子核和绕核运动的电子。
每个原子都有自己的特定电子结构和能级分布。
2. 能带理论能带理论是解释电子在固体中运动的模型。
根据能带理论，固体的电子能级可以分为多个能带，其中最高填充的被称为价带，最低未被填充的被称为导带。
价带与导带之间的能量间隙称为禁带宽度。
3. 共价键与禁带在半导体中，原子通过共价键形成晶体。
共价键是由原子之间的电子互相共享形成的。
晶体中的共价键形成了价带，而禁带宽度是导带和价带之间的能隙。
二、半导体器件原理解析1. P-N 结P-N 结是最基本也是最重要的半导体器件。
它由一片N型半导体和一片P型半导体组成。
在P-N 结中，P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生重组，产生了一个空穴-电子对。
这种特殊的结构和电子重组现象使得P-N 结具有二极管特性。
2. 二极管二极管是一种基本半导体器件，它由P-N 结组成。
二极管具有一个P型区域和一个N型区域，其中P型区域为阳极，N型区域为阴极。
正向偏置时，电流可以流过二极管；反向偏置时，电流无法通过二极管。
3. 晶体管晶体管是一种用来放大和开关电信号的半导体器件。
它由三个区域构成：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
晶体管的工作原理是通过外加电压控制基区的电流，从而控制集电极和发射极之间的电流流动。
4. MOSFETMOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的半导体器件，用于放大和开关电信号。
MOSFET由金属栅极、绝缘层和半导体通道构成。
通过改变栅极电压，可以控制通道中的电流。
5. 整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的设备。
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 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。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
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。
精选课件
21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
精选课件
22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
半导体物理与器件-课件-教学PPT-作者-裴素华-第1章-半导体材料的基本性质
简化为
J = pqv p
1.6.4 半导体的电阻率ρ
电阻率是半导体材料的一个重要参数，其值为电导率
的倒数。 1
1
ρ= =
σ nqμn + pqμ p
对于强P型和强N型半导体业有相应的简化。
从上面的公式可以看出，半导体电阻率的大小决定于 n, p, μn ,μp的具体数值，而这些参数又与温度有关， 所以电阻率灵敏的依赖于温度，这是半导体的重要 特点之一。
b) P型硅中电子和空穴 的迁移率
载流子的迁移率还要随温度而变化。
硅中载流子迁移率随温度变化的曲线 a) μn b) μp
1.6.3 半导体样品中的漂移电流密度
设一个晶体样品如图所示， 以单位面积为底，以平 均漂移速度v为长度的矩 形体积。先求出电子电 流密度，设电场E为x方 向，在电场的作用下， 电子应沿着-x方向运动。
不论半导体中的杂质激发还是本征激发，都是依靠吸收 晶格热振动能量而发生的。由于晶格的热振动能量是随 温度变化的，因而载流子的激发也要随温度而变化。
载流子激发随温度的变化 a）温度很低 b）室温临近 c）温度较高 d）温度很高
伴随着温度的升高，半导体的费米能级也相应地发 生变化
杂质半导体费米能级随温度的变化 a）N型半导体 b）P型半导体
a)随机热运动 b) 随机热运动和外加电场作用下的运动合成
随机热运动的结果是没有电荷迁移，不能形成电流。
引入两个概念：
1. 大量载流子碰撞间存在一个路程的平均值，称为平 均自由程，用λ表示，其典型值为10-5cm；
2. 两次碰撞间的平均时间称为平均自由时间，用τ表示, 约为1ps；
建立了上述随机热运动的图像后，就可以比较实际地去 分析载流子在外加电场作用下的运动了。
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）。
晶体管pn结
PN结：晶体管中的基本元件及其工作原理晶体管是一种常用的半导体器件，其基本结构和工作原理都与PN结有着密切的关系。
下面将对PN结的基本概念、特性以及在晶体管中的应用进行详细的介绍。
一、PN结的基本概念在半导体材料中，P型和N型半导体是通过不同的掺杂剂掺入硅或锗材料中得到的。
P型半导体是指掺入3价元素（如硼、镓等），其空穴浓度高于背景半导体，而N型半导体则是指掺入5价元素（如磷、砷等），其电子浓度高于背景半导体。
PN结是指将P型半导体和N型半导体通过一定的方式连接起来形成的界面。
二、PN结的特性.平衡状态：在没有外加电压的情况下，PN结的内部电场和载流子分布处于平衡状态。
此时，载流子的扩散和漂移速率相等，界面处没有净电荷积累。
.正向偏置：当外加电压使得P型端的电位高于N型端的电位时，称为正向偏置。
此时，载流子将从P型侧向N型侧扩散，导致N型侧的电子浓度增加，P型侧的空穴浓度增加。
随着外加电压的增加，扩散电流将逐渐增加，直至达到动态平衡状态。
.反向偏置：当外加电压使得N型端的电位高于P型端的电位时，称为反向偏置。
此时，载流子将从N型侧向P型侧漂移，导致P型侧的空穴浓度增加，N型侧的电子浓度增加。
随着外加电压的增加，漂移电流将逐渐增加，直至达到动态平衡状态。
.击穿：当外加电压超过一定限度时，PN结内部的电场将变得很强，导致载流子加速运动并产生大量的热能，最终导致PN结烧毁或损坏。
三、PN结在晶体管中的应用晶体管的基本结构是由两个PN结组成的。
以NPN晶体管为例，其结构如下：.发射区（Emitter）：位于晶体管的顶部，是高掺杂的N型半导体。
载流子在此区域产生并注入到基区。
.基区（Base）：位于发射区和集电区之间，是低掺杂的P型半导体。
这个区域的作用是控制电流并引导载流子从发射区流向集电区。
.集电区（Collector）：位于晶体管的底部，是高掺杂的N型半导体。
载流子在此区域被收集，并通过电极与外部电路连接。
n型半导体构成mos结构半导体一侧的状态
N型半导体构成MOS结构的一侧状态1. MOS结构简介MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)结构是一种常见的半导体器件结构，由金属、氧化物和半导体组成。
其中，金属层起导电作用，氧化物层起绝缘作用，而半导体层作为电子输运的载体。
2. N型半导体的特性N型半导体是指在半导体晶体中掺入了杂质使得其导电性能增强的半导体材料。
N型半导体中的主要载流子为自由电子，这些自由电子的浓度较高，导致N型半导体呈现高导电性和低电阻性的特点。
3. MOS结构中N型半导体一侧的状态在MOS结构中，N型半导体一侧的状态主要取决于其表面状态、能带结构和电子情况。
3.1 表面状态N型半导体表面易生成氧化物层，形成氧化层，从而产生表面态。
表面态会对载流子的输运和表面性质产生影响。
3.2 能带结构N型半导体的能带结构决定了其导电性能和能级分布。
在MOS结构中，N型半导体的能带结构对电子的行为具有重要影响。
3.3 电子情况N型半导体中的自由电子浓度较高，因此在MOS结构中，N型半导体一侧的电子情况对器件的性能和特性有重要影响。
4. N型半导体一侧的状态对MOS结构性能的影响N型半导体构成MOS结构的一侧状态对器件的性能和特性有着重要的影响。
4.1 电子输运N型半导体一侧的状态会影响电子在半导体中的输运情况，影响器件的导电性能。
4.2 电荷分布N型半导体一侧的状态会影响接近表面的电荷分布情况，从而影响MOS结构的电场分布和介电特性。
4.3 能带偏移N型半导体一侧状态的改变会导致能带偏移，进而影响器件的开关特性和截止特性。
5. 结论N型半导体构成MOS结构的一侧状态对器件性能有着重要的影响，通过深入研究和精心设计，可以有效地优化MOS结构的性能和特性，为半导体器件的发展和应用提供更好的支持。
以上是N型半导体构成MOS结构的一侧状态的相关内容，希望对您有所帮助。
由于N型半导体构成MOS结构一侧的状态对器件性能有着重要的影响，进一步深入研究和针对性的优化设计将在半导体器件的发展和应用中起到关键作用。
第2章 常用半导体器件图
教材：第3章 半导体二极管及其基本应用电路 p.42～p.63 第4章 晶体三极管及其基本放大电路 p.64～p.73
第一章 常用半导体器件
• • • • 1.1半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
Sec1.1 半导体基础知识
• • • • • • • 1.本征半导体 ⑴什么是本征半导体 ⑵本征半导体的结构 2.本征半导体的电特性 ⑴电子－空穴形成（本征激发） ⑵电子－空穴消失（复合运动） 3.本征半导体载流子的浓度
⑴. Tr.的电流形成过程 ⑵.定量分析 （电流分配关系） （电流放大系数）
N
IE = IEN + IEP =ICN +IBN+IEP
≈ ICN +IBN
P
IC = ICN + ICBO
≈ ICN
IB = IBN + IEP- ICBO
N
IC = βIB +（1＋β） ICBO
⑶.基本共射放大电路的放大作用 （电路符号表示）
返回
图1.2.14 光电二极管的伏安特性
Sec.2.6 晶体三极管(双极型晶体管)特性 及主要参数
教材：第4章 晶体三极管及其基本放大电路 p.64～p.73
Sec.2.6
双极型晶体管特性及主要参数
• • • • • • •
1.晶体管的结构和符号 2.晶体管内部载流子运动与外部电流 3.基本共射放大电路 4.晶体管的输入特性曲线 5.晶体管的输出特性曲线 6.晶体管的极限参数 7.温度对晶体管输出特性的影响
Sec.1.4 半导体二极管 • • • • • • 1. 二极管的结构 2.二极管的伏安特性 3.二极管的主要参数 4.二极管的应用举例 5.稳压管的伏安特性和等效电路 6.稳压管稳压电路
半导体物理和器件的基本原理和应用
半导体物理和器件的基本原理和应用半导体是一种电阻介于导体和绝缘体之间的物质，常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。
由于半导体具有电子、空穴控制和放大特性，因此广泛应用于电子器件和电路设计中。
一、半导体物理基本原理1. 晶格结构半导体是一种晶体，具有相对完整的晶格结构。
晶格结构决定了半导体的物理性质，如能带结构、晶格振动、热膨胀等。
晶体在一定的结构空间中，由原子的周期性排列而成，称为晶胞。
常见的半导体结构包括晶格常数、晶格类型、晶面取向等参数。
2. 能带结构能带结构是半导体物理基本原理之一，它描述了半导体的能量分布情况。
半导体的能带结构包含价带和导带，它们之间隔着能隙。
价带是电子最稳定的轨道，包容着大量的电子；导带是高能的轨道，电子在其中可以自由运动。
带隙宽度几乎决定了半导体材料在电子学中的行为。
3. 掺杂半导体材料中添加一定量的杂质被称为掺杂。
添加n型掺杂的杂质称为施主，添加p型掺杂的杂质称为受主。
掺杂可以改变半导体中的电荷载流子浓度，从而影响其电导率。
n型半导体中导电的载流子是电子，p型半导体中导电的载流子是空穴。
二、半导体器件基本原理1. 二极管二极管是一种简单的半导体器件，它由n型和p型半导体组成。
与p型半导体相接触的区域为P-N结，这种结构具有单向导电性，在正向电压下可以导通，在反向电压下则截止。
二极管广泛应用于电源电路、调制解调器、收音机等电子器件中。
2. 晶体管晶体管是一种用作放大器和开关的半导体器件。
它由n型和p 型半导体材料组成，与二极管相比具有放大倍数大、噪声小等优点。
晶体管主要由三个区域组成：发射区、集电区、基区。
收集区控制基区导电，从而控制发射区和集电区的导电状态。
3. MOS场效应管MOS场效应管是一种基于MOS结构的半导体器件，它是一种三端器件，包含源极、漏极和栅极。
通过对栅极电压的调节，可以控制源极与漏极之间的电阻，从而实现模拟和数字信号的放大和控制。
三、半导体器件应用1. 集成电路集成电路是一种将数千甚至数百万个晶体管、电容器、电阻器等器件集成在一个小芯片上的电子设备。
简述三极管的结构及其功能
简述三极管的结构及其功能三极管是一种基本的半导体器件，具有很重要的作用。
它的结构和功能是什么呢？一、三极管的结构三极管由三个掺杂不同材料的半导体层组成，分别是发射结（E）、基极（B）和集电结（C）。
其中，发射结和集电结是P型半导体，基极是N型半导体。
这三个层之间通过掺杂工艺形成PN结，形成了三极管的结构。
二、三极管的功能三极管有两种基本工作方式：放大和开关。
1. 放大三极管作为放大器时，其基本原理是通过小信号输入，使得输出信号得到放大。
具体来说，当发射结与基极之间的电压（VBE）大于0.7V时，发射结会发生正向偏置，从而使发射结成为导通状态。
而当发射结导通时，集电结与基极之间的电压（VCE）会发生变化，从而使集电结也成为导通状态。
这样，输入信号通过基极与发射结之间的电流放大后，输出信号从集电结处获取。
通过这种方式，三极管能够实现信号的放大功能。
2. 开关三极管作为开关时，其基本原理是通过控制输入信号的大小，使得输出信号从“关”（截止）状态切换到“开”（饱和）状态。
具体来说，当发射结与基极之间的电压（VBE）小于0.7V时，发射结处于截止状态，无法导通。
而当VBE大于0.7V时，发射结处于饱和状态，可以导通。
当三极管导通时，集电结与基极之间的电压（VCE）会发生变化，从而使集电结也成为导通状态。
通过这种方式，三极管能够实现信号的开关功能。
三、三极管的应用由于三极管具有放大和开关的功能，因此它在电子电路中有着广泛的应用。
1. 放大器三极管可以作为信号放大器，将输入信号放大到所需的幅度。
例如，在音频放大器中，三极管可以放大音频信号，使得声音更加清晰响亮。
2. 开关器三极管可以作为开关器，用于控制电路的通断。
例如，在计算机中，三极管可以用于开关电路，实现信息的存储和处理。
3. 振荡器三极管可以作为振荡器，产生稳定的交流信号。
例如，在无线电中，三极管可以用于产生射频信号，实现无线通信。
总结起来，三极管的结构由发射结、基极和集电结组成，其功能主要包括放大和开关。
半导体器件物理 课件
2
16
4、本征载流子浓度
E EC E Ei n ni N C exp i p pi NV exp V kT kT Eg EC EV ni pi N C NV exp N C NV exp kT kT Eg 2 2 AT exp n p i i kT
Si
Si
Si Si Si
Si
Si
Si Si Si
Si p
Si Si
Si
Si
Si Si Si
Si Si
B Si
Si
Si
+
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si Si
B Si Si
+
Si
Si
Si
p
Si
施主杂质 EC
受主杂质
+
-
EC
+
+
+
+
EC
0.016~0.065eV
0.04~0.05eV
EV
dN(x)/dx|x=xj = C
突变结近似--dN(x)/dx|x=xj =|C| ○单边突变结—对于突变结，若p区掺杂浓度远高于n区掺杂浓度，或反之。 即：ＮＡ＞＞ＮＤ，用p＋n表示；ＮＤ＞＞ＮＡ，用pn＋表示。 ★理论上通常将pn结按突变结或线性缓变结近似处理。
线性缓变结
突变结变结近似
27
三、pn结基本物理特性
简并半导体
23
Part Ⅱ Bipolar Devices
晶闸管基本结构
晶闸管基本结构
晶闸管是一种半导体器件，能够实现高压、高电流的控制，具有可靠性高、体积小、效率高等优点，因此在各种电子设备中得到广泛应用。
其基本结构由P型半导体、N型半导体和氧化物组成，下面我们来详细了解一下晶闸管的基本结构：
1. P型半导体区：晶闸管的P型半导体区是指充当阳极（A区）的区域。
这个区域的厚度一般是几百微米到数毫米，它的掺杂浓度要比N型半导体低得多。
在制造晶闸管时，该区域主要是通过扩散过程形成的。
2. N型半导体区：晶闸管的N型半导体区是指充当阴极（K区）的区域。
它的厚度约为P型半导体区的一半，它的掺杂浓度要比P型半导体高许多。
在制造晶闸管时，该区域主要是通过扩散或离子注入的方法形成的。
3. 氧化物层（O层）：氧化物层是晶闸管中最重要的组成部分之一。
它位于P型半导体区和N型半导体区之间，是个极薄的氧化层。
它的主要作用是隔离P、N两个区域，使电子不能够穿过O层而流入P 型半导体区。
O层厚度通常仅有几个微米。
4. 门极结（G结）：门极结位于晶闸管的P型半导体区和氧化物层之间，是一个N型半导体的区域。
当在G结周围施加一定的正电压时，就可以在N型半导体中形成反向偏置，从而达到控制晶闸管导通的目的。
几点需要注意的是，晶闸管在使用过程中需要特别防止超过其最大额定电压和最大额定电流，否则会导致晶闸管烧毁。
此外，由于晶闸管的结构较为复杂，制造成本较高，因此它在某些特殊场合需要使用，而在通用场合，晶闸管的使用还需要综合考虑其成本和性能之间的平衡。
半导体三极管的基本结构(转)
半导体三极管的基本结构三极管内部结构半导体二极管内部只有一个PN结，若在半导体二极管P型半导体的旁边，再加上一块N型半导体如图5-1（a）所示。
由图5-1（a）可见，这种结构的器件内部有两个PN结，且N型半导体和P型半导体交错排列形成三个区，分别称为发射区，基区和集电区。
从三个区引出的引脚分别称为发射极，基极和集电极，用符号e、b、c来表示。
处在发射区和基区交界处的PN结称为发射结；处在基区和集电区交界处的PN结称为集电结。
具有这种结构特性的器件称为三极管。
三极管通常也称双极型晶体管（BJT），简称晶体管或三极管。
三极管在电路中常用字母T来表示。
因三极管内部的两个PN结相互影响，使三极管呈现出单个PN结所没有的电流放大的功能，开拓了PN结应用的新领域，促进了电子技术的发展。
因图5-1（a）所示三极管的三个区分别由NPN型半导体材料组成，所以，这种结构的三极管称为NPN型三极管，图5-1（b）是NPN型三极管的符号，符号中箭头的指向表示发射结处在正向偏置时电流的流向。
根据同样的原理，也可以组成PNP型三极管，图5-2（a）、（b）分别为PNP 型三极管的内部结构和符号。
由图5-1和图5-2可见，两种类型三极管符号的差别仅在发射结箭头的方向上，理解箭头的指向是代表发射结处在正向偏置时电流的流向，有利于记忆NPN 和PNP型三极管的符号，同时还可根据箭头的方向来判别三极管的类型。
例如，当大家看到“ ”符号时，因为该符号的箭头是由基极指向发射极的，说明当发射结处在正向偏置时，电流是由基极流向发射极。
根据前面所讨论的内容已知，当PN结处在正向偏置时，电流是由P型半导体流向N型半导体，由此可得，该三极管的基区是P型半导体，其它的两个区都是N型半导体，所以该三极管为NPN型三极管。
晶体管除了PNP和NPN两种类别的区分外，还有很多种类。
根据三极管工作频率的不同，可将三极管分为低频管和高频管；根据三极管消耗功率的不同，可将三极管分为小功率管、中功率管和大功率管等。
有机半导体知识点总结
有机半导体知识点总结一、有机半导体的基本概念有机半导体是由含有碳原子和氢原子的有机分子构成的一种新型半导体材料。
它具有介于导体和绝缘体之间的导电性质，可以在一定条件下产生电子和空穴，从而在外加电场的作用下形成电流。
有机半导体的出现不仅拓展了半导体材料的多样性，还为制备柔性电子器件提供了新的可能性。
二、有机半导体的结构与性质1. 有机半导体的结构有机半导体的分子结构通常由共轭的π-电子系统构成，这种共轭结构能够有效地提高分子的载流子迁移率，从而提高了电学性能。
有机半导体的结构种类繁多，主要可分为有机小分子半导体和有机高分子半导体两大类。
有机小分子半导体通常是由一系列含有共轭结构的有机化合物组成，例如聚合物、菁类化合物等。
而有机高分子半导体则是由含有长链结构的有机分子构成，通过掺杂或控制链的取向等方法来调控其电学性能。
2. 有机半导体的性质有机半导体具有一系列独特的电学性质，如低成本、轻质、柔性等，这为其在柔性电子学、有机光电器件等领域的应用提供了重要的基础。
同时，有机半导体的载流子迁移率较低，且易受环境因素的影响，这也是其在实际应用中面临的主要挑战。
三、有机半导体的制备与表征1. 有机半导体的制备有机半导体的制备通常可以通过化学合成、真空蒸发、溶液加工等方法来实现。
其中，化学合成是制备有机小分子半导体的主要方法，通过调控反应条件和分子结构可以获得具有优良电学性能的有机半导体材料；而溶液加工则是制备有机高分子半导体的常用方法，通过溶液旋涂、喷涂、印刷等方式可以在基板上形成薄膜材料。
2. 有机半导体的表征有机半导体的性能表征是评估其电学性能和应用潜力的重要手段。
常用的表征方法包括X射线衍射、透射电子显微镜、荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱等。
这些表征方法可以帮助研究人员了解有机半导体的晶体结构、电子结构、光学性质等方面的信息，为材料的性能优化和应用提供重要参考。
四、有机半导体的应用有机半导体作为一种新型半导体材料，在光电器件、柔性电子学和新型能源领域具有广泛的应用前景。
半导体器件应用基础：半导体器件基本结构
半导体器件基本结构1. 金属－半导体接触§ 1.1 金属半导体接触及其能带图1．金属和半导体的功函数（1）金属功函数金属功函数指电子脱离金属进入周围空间（假定物体在真空中）所必须给予电子的能量。
由于金属中的自由电子大部分集中在费米能级附近（这是由费米分布所决定的），因而跑出来的电子大部分来自费米能级附近，故金属的功函数应该从金属费米能级E Fm 算起，如图1.1所示。
图中E 0为真空中自由电子的能量，金属功函数W m 表示为E E W Fm 0m -=式中E Fm 可以认为是金属中电子的最高能量。
功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱，W m 越大，电子越不容易离开金属。
金属的功函数约为几个电子伏特。
（2）半导体的功函数 在半导体中，导带底E c 和价带顶E v 一般都比E 0低几个电子伏特。
要使电子从半导体中逸出，也必须给它相应的能量。
和金属类似，把E 0与半导体的费米能级E Fs 之差称为半导体的功函数，用W s 表示，即：E E W Fs 0s -=半导体的费米能级随杂质浓度变化，因而W s 也与杂质浓度有关。
N 型半导体的功函数如图1.2所示。
将从E c 到E 0的能量间隔定义为半导体的电子亲和能，用χs 表示，有：E E c 0s -=χ它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。
利用电子亲和能，半导体的功函数又可表示为：()E E E W n s Fs c s s +=-+=χχ式中，V q E E E n Fs c n =-=。
图1.1图1.2我们知道，N 型半导体在饱和电离情况下（杂质基本上全部电离而本征激发可以忽略），费米能级E Fs 可以表示为：N N T k E E d c B c Fs ln -=N N q T k q E E V dc B Fs c n ln =-=⇒ N c →导带有效状态密度；Nd →施主杂质浓度。
因此V n 的数值可由杂质浓度推导出来。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课题4.1 半导体器件基本结构
4.2晶体二极管
教学目标【知识目标】掌握PN结单向导体的原理
【能力目标】1.懂得什么是半导体
2.理解PN结的单向导电性
3.掌握半导体的分类
4.懂得半导体的主要参数【德育目标】培养学生的抽象理解能力
教
学重点半导体的主要参数
教
学
难
点
PN结单向导体的原理
教
学时间2课时（第11周）
教
具
准
备
半导体、电阻、电流表
教学组织与实施
教师活动学生活动
【新课导入】
提问1：
【新课讲授】
1.导体绝缘体和半导体
各种物体对电流的通过有着不同的阻碍能力，这种不同的物体允许电流通过的能力叫做物体的导电性能。
通常把电阻系数小的（电阻系数的范围约在0.01~1欧毫米/米）、导电性能好的物体叫做导体。
例如：银、铜、铝是良导体。
含有杂质的水、人体、潮湿的树木、钢筋混凝土电杆、墙壁、大地等，也是导体，但不是良导体。
电阻系数很大的（电阻系数的范围约为10~10欧姆·毫米/米）、导电性能很差的物体叫做绝缘体。
例如：陶瓷、云母、玻璃、橡胶、塑料、电木、纸、棉纱、树脂等物体，以及干燥的木材等都是绝缘体（也叫电介质）。
举例说明哪些是导体哪些是绝缘体哪些是半导体
导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。
例如：硅、锗、硒、氧化铜等都是半导体。
半导体在电子技术领域应用越来越广泛。
2.PN结
PN结（PN junction）。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
PN结具有单向导电性。
P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；
N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。
3.PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN 结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
如果外加电压使PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏；
PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。
(1) PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。
于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。
扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
(2)PN结加反向电压时的导电情况
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。
内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。
此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。
分清楚P型半导体和N型半导体
4.晶体二极管的结构和分类
它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。
晶体二极管按基片材料分可锗二极管和硅二极管。
前者允许工作温度低，一般做成小中功率二极管。
后者允许工作温度高，可做成中大功率二极管。
按结构可分为点接触和面接触两类。
点接触二极管由于PN结接触面积小，不能通过很大的正向电流和承受很高的反向工作电压，但工作频率高，常用来作为检波器件。
而面接触二极管的PN 结面积大，能允许通过较大的电流，可用作整流器件。
按用途可分为检波二极管、整流二极管和稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管和开关二极管。
5.晶体二极管的主要参数
（1）额定正向工作电流
指二极管长期连续工作时所允许通过的最大正向电流值。
因为电流通过二极管时会导致管芯发热，温度上升，当温度超过容许限度时（硅管为140t左右，锗管为90℃左右），就会使管芯过热而损坏。
所以，二极管在使用中不能超过二极管额定正向工作电流值。
（2）最高反向工作电压
加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将二极管击穿，失去单向导电能力。
为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值（简称耐压）。
明白二极管分类的依据和二极管的种类
理解二极管的主要参数
【课堂小结】
今天我们学习了半导体器件的基本结构和晶体二极管。
电阻系数小的叫做导体，电阻系数大的叫做绝缘体，介于导
体和绝缘体之间的叫做半导体。
半导体分为P型半导体和N型半导
体。
半导体具有单向导电性。
另外我们学习的晶体二极管的分类，
按结构可分为点接触和面接触两类，按基片材料分可锗二极管和
硅二极管，按用途可分为检波二极管、整流二极管和稳压二极管、
发光二极管、光电二极管、变容二极管和开关二极管。
晶体二极
管的主要参数有额定正向工作电流和最高反向工作电压。
【布置作业】课后习题100页第一题
板书设计教学随笔
1.导体绝缘体和半导体
电阻系数小的叫做导体，电阻系数大的叫做绝缘体，介于导体和
绝缘体之间的叫做半导体。
2.PN结
PN结（PN junction）。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，
将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）
基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
PN结具有单
向导电性。
3.PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈
低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
4.晶体二极管的结构和分类
按结构可分为点接触和面接触两类，按基片材料分可锗二极管和
硅二极管，按用途可分为检波二极管、整流二极管和稳压二极管、
发光二极管、光电二极管、变容二极管和开关二极管
5.晶体二极管的主要参数
晶体二极管的主要参数有额定正向工作电流和最高反向工作电
压。