第一章半导体元件及其特性
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案第一章：半导体材料与晶体1.1 半导体材料的基本特性半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的基本特性包括：1.带隙：半导体材料的价带与导带之间存在一个禁带或带隙，是电子在能量上所能占据的禁止区域。
2.拉伸系统：半导体材料的结构是由原子或分子构成的晶格结构，其中的原子或分子以确定的方式排列。
3.载流子：在半导体中，存在两种载流子，即自由电子和空穴。
自由电子是在导带上的，在外加电场存在的情况下能够自由移动的电子。
空穴是在价带上的，当一个价带上的电子从该位置离开时，会留下一个类似电子的空位，空穴可以看作电子离开后的痕迹。
4.掺杂：为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
掺杂是将少量元素添加到半导体材料中，以改变载流子浓度和导电性质。
1.2 半导体材料的结构与晶体缺陷半导体材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。
晶体结构是指材料具有有序的周期性排列的结构，而非晶态结构是指无序排列的结构。
晶体结构的特点包括：1.晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞在三维空间中重复排列。
2.晶格常数是晶胞边长的倍数，用于描述晶格的大小。
3.晶体结构可分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
晶体结构中可能存在各种晶体缺陷，包括：1.点缺陷：晶体中原子位置的缺陷，主要包括实际缺陷和自间隙缺陷两种类型。
2.线缺陷：晶体中存在的晶面上或晶内的线状缺陷，主要包括位错和脆性断裂两种类型。
3.面缺陷：晶体中存在的晶面上的缺陷，主要包括晶面位错和穿孔两种类型。
1.3 半导体制备与加工半导体制备与加工是指将半导体材料制备成具有特定电性能的器件的过程。
它包括晶体生长、掺杂、薄膜制备和微电子加工等步骤。
晶体生长是将半导体材料从溶液或气相中生长出来的过程。
常用的晶体生长方法包括液相外延法、分子束外延法和气相外延法等。
掺杂是为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
常用的掺杂方法包括扩散法、离子注入和分子束外延法等。
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。
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
华大半导体181页PPT基础知识培训——常用半导体器件讲解
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
((112--22
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如： 热敏性、光敏性、掺杂性。
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
((118--88
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
((119--99
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，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。
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 最高工作频率 fM
((114--74477
补充参数:
(电信专业)
（5）最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正
向平均电流。
——注意与IF的关系
(6) 正向压降VF
(7) 极间电容CB、 CD
半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
((112--12211
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
模拟电子课件第一章_半导体材料及二极管
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
第1章模拟电子技术(李雅轩)
结。如图1.1.1（b）所示。
在ＰＮ结的Ｐ区一侧带负电，Ｎ区一侧带正电。ＰＮ结便 产生了内电场，内电场的方向从Ｎ区指向Ｐ区。内电场对扩散 运动起到阻碍作用， 电子和空穴的扩散运动随着内电场的加强 而逐步减弱，直至停止。在界面处形成稳定的空间电荷区，如 图１.1.1（b）所示。
第1章 半导体元件及其特征
(五) 实训报告 (1) 整理数据， 填好表格。
(2) 根据测试结果，用方格坐标描绘二极管正、反向特性 曲线和三极管输入、输出特性曲线。
(3) 通过输出特性曲线，在UCE=6 V, IB=60μA的工作点上求 取共发射极直流电流放大系数 和交流电流放大系数β。 (六) 思考题
(1) 如果要测试硅二极管的正向特性，应如何较合理地安 排测试点，为什么？
实表 1.4三极管的输入特性 UBE/V 0 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
Uce=0V IB/MA
Uce=2V
第1章 半导体元件及其特征 实表1.5 三极管的输出特性
0
0.20
0.50
1
5
10
0 20 40 60 80 100 120
第1章 半导体元件及其特征
量和损坏情况。
(六) 实训报告 (1) 将测得数据进行分析整理， 填入实表1.1。
实表 1.1正、 反向电阻测量值 二极管类型 万用表电阻挡 正向电阻 反向电阻 2AP型 R×100(Ω) R×1K (Ω) 2CP型 R×100(Ω) R×1K (Ω)
1章 半导体元件及其特征
(2) 根据测量结果， 总结出一般晶体二极管正向电阻、 反 向电阻的范围。 (七) 思考题 通过实训， 你能否回答下列问题? (1) 能否用万用表测量大功率三极管？ 测量时使用哪一挡， 为什么？ (2) 为什么用万用表不同电阻挡测二极管的正向（或反向） 电阻值时，测得的阻值不同? (3) 用万用表测得的晶体二极管的正、反向电阻是直流电 阻还是交流电阻？用万用表R×10(Ω)挡和R×1k(Ω)挡去测量同 一个二极管的正向电阻时，所得的结果是否相同？为什么？
第一章+半导体器件与模型 114页PPT文档
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3
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N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形 成 N型半导体（电子型半导体）。
在N型半导体中自由电子是多 子,它主要由杂质原子提供；空 穴是少子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原 子因自由电子脱离而带正电荷成 为正离子，五价杂质原子被称为 施主杂质
硅PN结稳定性较锗结好
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1.2.4 PN结的电容特性
PN结的总电容： Cj CTCD
1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空
间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改 变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电， PN结显出电容效应，称为势垒电容。
2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动
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小结
1. 半导体中两种载流子
带负电的自由电子 带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。
4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又
不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动
1、二极管的结构
触丝线
PN结
引线 外壳线 基片
P
N
点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，A阳极
工作频率高，但不能承受较高反向电压和较
K阴极
大电流。
面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较
符号
半导体的基本知识
1-1半导体的基本知识课 题：半导体基本知识教学目的、要求：1、了解半导体的导电特性； 2、掌握PN 结及其单向导电性。
教学重点、难点：1、PN 结形成的过程；（难点） 2、PN 结的单向导电性。
（重点） 授 课 方 法：多媒体课件讲授，提纲及重点板书。
授 课 提 纲：教 学 内 容： 组织教学准备教学材料，清点学生人数。
（课前2分钟） 引入新课半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。
常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。
半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。
从本节课开始，我们先从半导体的基本知识开始，介绍常用的半导体器件。
要求大家本征半导体的特点，掌握PN 结的形成及单向导电性。
（2分钟） 进入新课第一章 常用半导体器件§1-1 半导体的基本知识【板书】一、什么是半导体【板书】1、物质按导电能力的分类【标题板书+内容多媒体】（8分钟）自然界中的物质按其导电能力可以分为三大类：导体、绝缘体和半导体。
物质的导电特性取决于原子结构。
⑴导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属，其最外层电子受原子核的束缚力很小，因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。
因此在外电场作用下，这些电子产生定向移动形成电流，呈现出较好的导电特性。
⑵绝缘体：高价元素（如惰性气体）和高分子物质（如橡胶，塑料）最外层电子受原子核的束缚力很强，极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子，所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。
⑶半导体：半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚,成为自由电子,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧,因此，半导体的导电特性介于二者之间。
半导体有硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）及金属的氧化物和硫化物。
最常用的是硅和锗。
2、半导体的特点【标题板书+内容多媒体】（5分钟）半导体之所以被用来制造电子元器件，不是在于它的导电能力处于导体与绝缘体之间，而是由于它的导电能力在外界某种因素作用下发生显著的变化，这种特点表现如下：⑴半导体的电导率可以因为加入杂质而发生显著的变化。
第一章半导体基础知识
第一章半导体基础知识〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。
其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
〖本章学时分配〗本章分为4讲，每讲2学时。
第一讲常用半导体器件一、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。
半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9Ω∙cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。
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”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。
这一现象称为本征激发（也称热激发）。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。
4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。
第一章常用半导体器件 (2)
Cb
• d
S
式中ε是介质常数，S是PN结的面积，d是PN结的宽度。
❖ 扩散电容Cd
Cd是PN结正向电压变化时， 多数载流子在扩散过程中积累 引起的。反向偏置时，以扩散 电容Cd为主。
PN结正偏时，多数载流子扩 散到对方成为对方区域中的“少 子” (称为“非平衡少子”）这 些少子在正偏电压变化时，也有 堆积与泄放的过程。
＋4
＋4
＋4
电流是电子电流和空穴电流之和，
(而导体只有自由电子导电)。
图 1.1.2 电子-空穴对的产生和空穴的移动
在本征半导体中不断地进行着激发与复合 两种相反的过程， 当温度一定时， 两种状态 达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对， 与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为 动态平衡状态（热平衡）。 半导体中自由 电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载 流子的数目）ni和pi来表示。处于热平衡状态 下的本征半导体，其载流子的浓度是一定的， 并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
有关半导体的基本概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
§ 1.1 半导体基础知识
自然界的物质按其导电能力可分为导体、半导 体和绝缘体三类。常用的半导体材料有硅（Si）和 锗（Ge）。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。
1.2.4. 二极管的等效电路
(a)理想二极管
(b)正向导通时端电压为常量 (c)正向导通时端电压与电流成线性关系
图１．２．４由伏安特性折线化得到的等效电路
电工总复习
第一章 半导体器件• 考核内容：填空与选择; 二极管应用分析1、半导体特性：导电导特性；载流子类型；N 型和P 型掺杂情况、带电情况等。
2、半导体二极管：特性；应用电路。
3、三极管：三个工作区对应特点；判断工作状态；由电极电位判断类型、电极等。
4、稳压管工作特点 一、填空1杂质半导体可分为P 型半导体和N 型半导体，其中P 型半导体多数载流子为 ，而N 型半导体的多数载流子 。
2、稳压管是特殊的二极管，它一般工作在 状态。
3、当温度降低时,晶体三极管的变化规律是β值将 （变大、减小或不变）。
4、半导体根据其掺入不同的杂质，可形成和 两种类型的半导体，由它们组成的二极管最重要的特性是 。
1 、N 型半导体的多数载流子是电子，因此它（ ）。
(a) 带负电 (b) 带正电 (c) 不带 电 2、当温度升高时，半导体的导电能力将（ ）。
(a) 增 强 (b) 减 弱 (c) 不 变3、半导体二极管的主 要特点是具有（ ）。
(a) 电流放大作用(b) 单向导电性 (c) 电压放大作用 4、理想二极管的正向电阻为（ ）。
(a) 零 (b) 无穷大 (c) 约几千 欧5、二极管接在电路中， 若测得a 、b 两端电位如图所示，则 二 极管工作状态为（ ）。
(a) 导 通 (b) 截 止 (c) 击 穿6、如果把 一个小功率二极管直接同一个电源电压 为1.5V 、内阻为零的电池实行正向连接，电路如 图所示，则后果是该管（ ）。
(a) 击穿(b) 电流为零(c) 电流正常(d)电流大使管子烧坏7、 电路如图所示 ，二极管D 为理想元件，U S =5 V ，则 电 压u O=（ ）。
(a) U s (b) U S / 2 (c) 零8、电路如图所示, 所有二极管均为理想元件，则D1、D2、D3的工作状态为（ ）。
(a) D1导通，D2、D 3截止-6.3VDu O(b) D1、D2截止 ， D3导通(c) D1、D3截止， D2导通(d) D1、D2、D3均截止9、型号为2CP10 的硅二极管正向导通后的 正向压降约为（ c ）。
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。
第一章半导体器件基础知识
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本章概述
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一章 半导体器件基础知识
2. 最高反向工作电压 UR
工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电
压 UBR 的一半定义为 UR 。
第
二
3. 反向电流 IR
节
通常希望 IR 值愈小愈好。
半 导
4. 最高工作频率 fM
体 二
如果给PN外加反向电压，即P区接电源的负极，N区接电源的
正极，称为PN结反偏，如图所示。
外加电压在PN结上所形成的外电场与PN结内电场的方向相同， 第
增强了内电场的作用，破坏了原有的动态平衡，使PN结变厚，加 强了少数载流子的漂移运动，由于少数载流子的数量很少，所以 只有很小的反向电流，一般情况下可以忽略不计。这时称PN结为
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本章概述
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一章 半导体器件基础知识
2．光电二极管 光电二极管又称光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的 特殊二极管（受光器件）。光电二极管的符号如图所示。
受光面
受光面
第
二
节
半
光电二极管工作在反向偏置下，无光照时，流过光电二极管的电 导
管
第五节
击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电
压降低后，还可恢复正常。
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15
第一章 半导体器件基础知识
三、温度对二级管特性的影响
本章概述
1．温度升高1℃，硅和锗二极管导通时的正向压降UF将
减小2.5mv左右。
第一节
2．温度每升高10℃，反向电流增加约一倍。
第1章半导体元件及其特性
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注意： 注意： 半导体与导体不同， 半导体与导体不同，内部有两种载 流子参与导电——自由电子与空穴。在 流子参与导电 自由电子与空穴。 自由电子与空穴 外加电场的作用下， 外加电场的作用下，有： I=In（电子电流）+Ip（空穴电流） 电子电流） 空穴电流） 空穴导电的实质是价电子的定向移动！ 空穴导电的实质是价电子的定向移动！
这四个价电子不仅受自身原子核的束缚， 这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻 原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示： 原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示： 价电子（热激发） 价电子（热激发） 自由电子-空穴对 自由电子 空穴对 复合 平衡
（1）温度越高，自由电子 空穴 ）温度越高，自由电子-空穴 对数目越多； 对数目越多； 空穴数目相等， （2）自由电子 空穴数目相等， ）自由电子-空穴数目相等 对外不显电性。 对外不显电性。 硅（锗）原子在晶体中的共价键排列
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1.1.1 半导体的特点
1.半导体的特点 半导体的特点 半导体是制造电子器件的主要原料， 半导体是制造电子器件的主要原料，它的广泛应用不是 因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间， 因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是它的电阻率 可以随温度、光照、杂质等因素的不同而呈现显著的区别。 可以随温度、光照、杂质等因素的不同而呈现显著的区别。
第 1 章
半导体元件及其特性
半导体基础知识与PN结 半导体基础知识与 结 二极管 晶体管 场效应管 本章小结
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1.1
半导体基础知识 PN结 与PN结
主要要求： 主要要求：
了解半导体材料的基本知识 了解半导体材料的基本知识 半导体 理解关于半导体的基本概念 理解关于半导体的基本概念 半导体 理解PN结的形成 理解PN结的形成 PN 掌握PN结的单向导电作用 掌握PN结的单向导电作用 PN
模拟电路第一章-二极管
A 800Ω + + 0.5V B uo ui 200Ω 3V
1.2.5 稳压二极管
稳压二极管是硅材料制成的面接触型晶体二极管。 1、稳压管的伏安特性 u>UZ时作用同二极管 曲线越陡， 电压越稳定。
i
u增加到UZ 时，稳压管击穿
UZ u IZ
(a)
UZ
IZ
IZM
2、稳压管的主要参数
(1)稳定电压 UZ 规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电 压。 (2)稳定电流 IZ
+ ui -
0.7V 3V
B
+ uo -
[例7] 电路如图所示，设ui=6sinωt V，试绘出输出电压
uo的波形，设D为硅二极管，开启电压Uon=0.5V，电阻
rd=200Ω。 解： VA= ui
VB=3.5V
+ 800Ω ui 3V -
D +
uo -
ui3.5V D截止 uo=ui ui3.5V D导通 ui -0.5 -3 uo= 0.5 +3 + 200 800 +200 =0.2ui +2.8
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由 电子和空穴对，故其有一定的导电能力。 3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；
Ge
Si
即为本征半导体 通过一定的工艺过程，可将其制成晶体。
本征半导体的结构示意图
共用电子
第1章半导体器件
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
第1章半导体材料 83页PPT文档
CuCr2S3C
稀土氧、硫、硒、碲化合物 EuO EEuS EuSe EuTe
非晶态 半导体
有机 半导体
元素 化合物 芳香族化合物 电荷移动络合物
Ge Si Te Se GeTe As2Te3 Se4Te Se2As3 As2SeTe As2Se2Te 多环芳香族化合物
元素半导体
具备实用价值的元素半导体材料只有硅、锗和硒。硒是 最早使用的，而硅和锗是当前最重要的半导体材料，尤其 是硅材料由于具有许多优良特性，绝大多数半导体器件都 是用硅材料制作的。
n为导带电子浓度，N＋d为电离施主浓度，p价带上空穴浓度
nNd p
Nd为电离施主浓度
把n、p代入电中性方程得：
Nd
Nd
12expEF
Ed
kBT
N cex (E p k cB T E F ) 1 2 eN x E dFp E dN vex (E p k F B T E v) kB T
二元化合物半导体
它们由两种元素 组成，主要是有 III-V族化合物半 导体、II-VI族化 合物半导体、IVVI族化合物半导 体、II-IV族化合 物半导体，铅化 合物及氧化物半 导体等。
三元化合物半导体
以A1GaAs相GaAsP为代表的二元化合物半导 体材料，已为人们广泛研究，可制作发光器件；
利用此待性GaAs可以制作转移电子器件。根据实验表 明InP是制作转移器件的更好半导体材料。
2. n型和p型半导体
半导体掺杂——改变半导体的性质、载流子类型……
人工掺杂——半导体材料设计——器件……
掺杂工艺——扩散、离子注入……
掺杂种类：
施主掺杂（n型）——高价元素掺杂，杂质原子提供的价 电子数目多于半导体原子，多余的价电子很容易进入导 带而成为电子载流子，半导体的电导率增加。
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第一章半导体元件及其特性
1.1判断题
（1）二极管的内部结构实质就是一个PN结。
（）
（2）NPN型和PNP型晶体管的区别是不但其结构不同，而且它们的工作原理也不同。
（）（3）晶体管具有放大作用。
（）
（4）选用晶体管时，β越高越好。
（）
（5）发射结处于正向偏置的三极管，一定工作在放大状态。
（）
（6）晶体三极管的输入电阻比场效应管的大。
（）
（7）场效应管是一种电流控制的放大器件，其工作原理与三极管相同。
（）
（8）用数字万用表识别晶体二极管的极性时，若测的是晶体管的正向电阻，那么与标有“+”号的表笔相连接的是二极管正极，另一端是负极。
（）
1.2选择题
（1）在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于（）。
（a）温度（b）杂质浓度（c）电子空穴对数目
（2）当PN结外加正向电压时，扩散电流（）漂移电流；当PN结外加反向电压时，扩散电流（）漂移电流。
（a）大于（b）小于（c）等于
（3）光敏二极管应在（）下工作。
（a）正向电压（b）反向电压（c）死区电压
（4）二极管的正极电位为-5V，负极电位为-4.3V，则二极管处于（）状态。
（a）反偏（b）正偏（c）零偏
（5）稳压管是特殊的二极管，它一般工作在（）状态。
（a）正向导通（b）反向截止（c）反向击穿
（6）晶体管工作在放大区时，具有以下哪个特点（）。
（a）发射结反向偏置（b）集电结反向偏置（c）晶体管具有开关作用
（7）当三极管的两个PN结都有反偏电压时，则三极管处于（），当三极管的两个PN结都有正偏电压时，则三极管处于（）。
（a）截止状态（b）饱和状态（c）放大状态
（8）用数字万用表Rx1k的电阻挡测量一只能正常放大的三极管，用黑表笔接触一只管脚，红表笔分别接触另两只管脚时测得的电阻值都较小，该三极管是（）。
（a）PNP型（b）NPN型（c）无法确定
1.3填空题
（1）杂质半导体分型半导体和型半导体两大类。
（2）二极管工作在正常状态时，若给其施加正向电压，则二极管，若施加反向电压，则二极管，这说明二极管具有。
（3）在判别锗、硅二极管时，当测出正向压降为，此二极管为锗二极管；当测出正向压降为，此二极管为硅二极管。
（4）当加到二极管上的反向电压增大到一定数值时，反向电流会突然增大，此现象称为
现象。
（5）发光二极管是把能转变为能，它工作于状态；光电二极管是把能转变为能，它工作于状态。
（6）晶体三极管的区与区由同一类型材料组成，区掺杂浓度高，区掺杂浓度低。
（7）正常工作的NPN 型三极管各电极电位关系是E B C U U U ，该管工作于
状态。
（8）晶体三极管为 控制元件，场效应管为 控制元件。
1.4 N 型半导体中的自由电子多于空穴，而P 型半导体中的空穴多于自由电子，是否N 型半导体带负电，而P 型半导体带正电？
1.5什么是二极管的死区电压？硅管和锗管的死区电压值约为多少？
1.6如图1.1所示，二极管正向压降忽略不计，试求下列各种情况下输出端F 点的电位和电阻R 、二极管V DA 、V DB 中流过的电流。
（1）V A =V B =0V （2）V A =6V ，V B =0（3）V A =V B =6V 。
图1.1 题1.6图 图1.2 题1.7图 1.7如图1.2所示，二极管正向压降忽略不计，试求下列各种情况下输出端F 点的电位和电阻R 、二极管V DA 、V DB 中流过的电流。
（1）V A =10V ，V B =0（2）V A =V B =6V 。
1.8硅二极管电路如图1.3所示，试判断图中二极管是导通还是截止？并求出AB 两端的电
压值？
图1.3 题1.8图 1.9用万用表不同欧姆挡测量二极管的正向电阻时，会观察到测得的阻值不同，这是什么原因造成的？
1.10一个二极管的反向饱和电流在025C 时是100uA ，设温度每增加0
10C ，反向电流增加一倍，问在065C 时，该二极管的反向电流是多少？
1.11稳压管与普通二极管相比较，其特性上的主要差异是什么？
1.12在图1.4所示电路中，已知稳压二极管的VDZ U 4.3V ，I U 10V ，R=1K 时，求Uo 。
（已知稳压二极管的正向导通压降为0.7V ）
图1.4 题1.12图
1.13晶体三极管的发射极和集电极是否可以调换使用？为什么？
1.14将一PNP型晶体管接成共发射极电路，要使它具有电流放大作用，U CC和U BB的正、负极应如何连接，为什么？画出电路图。
1.15某三极管的1脚流入电流为3mA，2脚流出电流为
2.95mA，3脚流出电流为0.05mA，判断各脚名称，并指出该管的类型。
1.16测得一NPN型三极管，基极电位是0.7V，发射极电位是0V，集电极电位是6V，试判断该管工作在什么状态？
1.17测得一PNP型三极管，基极电位是-0.3V，发射极电位是-1V，集电极电位是-6V，试判断该管工作在什么状态？
1.18如图1.5所示，已知在电路中无交流信号时测得晶体管（均为硅管）各极对地的电位值，试说明各晶体管的工作状态。
图1.5 题1.18图
1.19结型场效应管的主要参数有哪些？说出它们的意义。
1.20画出各种场效应管的符号、输出特性曲线及转移特性曲线，并比较各种管子的特性有何异同。
1.21绝缘栅场效管符号中，衬底箭头指向内的是什么MOS管？箭头指向外的，又是哪一种MOS管？
1.22场效应管输出特性曲线上的三个工作区，分别对应于晶体三极管输出特性曲线的哪三个区域？
1.23为什么说绝缘栅场效应管的输入电阻可以比结型场效应管高？。