电子技术基础1.4(半导体器件)
《电子技术基础》复习要点
《电子技术基础》复习要点课程名称：《电子技术基础》适用专业：2018级电气工程及其自动化（业余）辅导教材：《电子技术基础》张志恒主编中国电力出版社复习要点第一章半导体二极管1.本征半导体❑单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅Si和锗Ge。
❑导电能力介于导体和绝缘体之间。
❑特性：光敏、热敏和掺杂特性。
❑本征半导体：纯净的、具有完整晶体结构的半导体。
在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发），产生两种带电性质相反的载流子（空穴和自由电子对），温度越高，本征激发越强。
◆空穴是半导体中的一种等效+q的载流子。
空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶体中空位，使局部显示+q电荷的空位宏观定向运动。
◆在一定的温度下，自由电子和空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为复合。
当热激发和复合相等时，称为载流子处于动态平衡状态。
2．杂质半导体❑在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
◆P型半导体：在本征半导体中掺入微量的3价元素（多子是空穴，少子是电子）。
◆N型半导体：在本征半导体中掺入微量的5价元素（多子是电子，少子是空穴）。
❑杂质半导体的特性◆载流子的浓度：多子浓度决定于杂质浓度，几乎与温度无关；少子浓度是温度的敏感函数。
◆体电阻：通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
◆在半导体中，存在因电场作用产生的载流子漂移电流（与金属导电一致），还才能在因载流子浓度差而产生的扩散电流。
3.PN结❑在具有完整晶格的P型和N型半导体的物理界面附近，形成一个特殊的薄层（PN结）。
❑PN结中存在由N区指向P区的内建电场，阻止结外两区的多子的扩散，有利于少子的漂移。
❑PN结具有单向导电性：正偏导通，反偏截止，是构成半导体器件的核心元件。
◆正偏PN结（P+，N-）：具有随电压指数增大的电流，硅材料约为0.6-0.8V，锗材料约为0.2-0.3V。
◆反偏PN结（P-，N+）：在击穿前，只有很小的反向饱和电流Is。
电子技术基础
半导体基础与常用器件
电子技术基础
不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的 移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的
数量，因此起主要导电作用的是多数载流子。
一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等。
内部几乎没有自由电子， 因此不导电。
半导体基础与常用器件
电子技术基础
（3） 半导体
半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自 由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的 导电能力也是介于导体和绝缘体之间。
常用的半导体材料有硅、锗、硒等。
＋
原子核
半导体的特点：
导电性能介于导体和绝缘体之 间，但具有光敏性、热敏性和参 杂性的独特性能，因此在电子技 术中得到广泛应用。
由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。
本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产 生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带 正电荷的离子。
由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参 与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。
半导体基础与常用器件
电子技术基础
+
+
Si(硅原子)
Ge(锗原子)
Si
Ge
+4
+4
因为原子呈电中性，所 以简化模型图中的原子 核只用带圈的+4符号表 示即可。
硅原子和锗原子的简化模型图
半导体基础与常用器件
电子技术基础
天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经 过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。
《电工电子技术基础》_电子技术中常用半导体器件
体
•硅和锗 的简化 原子模 型。
•这是硅和锗构成的 共价键结构示意图 • 晶体结构中的 共价键具有很强的 结合力，在热力学 零度和没有外界能
量激发时，价电子
没有能力挣脱共价
•一般情况下，本征半导体中的载流子浓
键束缚，这时晶体 中几乎没有自由电
度很小，其导电能力较弱，且受温度影响 子，因此不能导电
很大，不稳定，因此其用途还是很有限的
•第3 页
•第3 页
•讨论题
•半导体导电机理 •和导体的导电机
• 半导体的导电机理与金属导体 的导电机理有本质的区别：金属 导体中只有一种载流子—自由电
•理有什么区别？
子参与导电，半导体中有两种载
流子—自由电子和空穴参与导电
，而且这两种载流子的浓度可以
•杂质半导体中的多数载
通过在纯净半导体中加入少量的
• 面接触型二极管PN结面积大，因而能通过较大的电流，但其
•第3 页
•3. PN结
• P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型或 P型半导体的局部再掺入浓度较大的三价或五价杂质，使其变为P型或N 型半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结。
•PN结是构成各种半导体器件的基础。
• 左图所示的是一块晶片，两边分别形成 P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅 画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的 三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多 数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离 子。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区 向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P 区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形 成载流子极少的正负空间电荷区如图中间区 域，这就是PN结，又叫耗尽层。
•第3 。
页
电子技术基础-半导体知识详解
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
第二章 半导体二极管及应用电路
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
第二章 半导体二极管及应用电路
（2）本征半导体的导电原理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和
空穴。 在其它力的作用下，空
穴吸引附近的电子来填补，
+4
+4 +4
这样的结果相当于空穴的迁 移，而空穴的迁移相当于正 电荷的移动，因此可认为空 穴是载流子。可以用空穴移 动产生的电流来代表束缚电 子移动产生的电流。
第二章 半导体二极管及应用电路
2.本征半导体的导电原理
（1）载流子、自由电子和空穴
在绝对零度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完
全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电
粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的 能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上 留下一个空位，称为空穴。
第二章 半导体二极管及应用电路
2 半导体二极管 及应用电路
本章意义： 半导体器件是现代电子技术的重要组成部分 本章内容 2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结的形成及特性 2.3 半导体二极管
2.4 二极管基本电路及其分析方法
2.5 特殊二极管
教学内容：
本章首先简单介绍半导体的基本知识，着重讨论半 导体器件的核心环节--PN结，并重点讨论半导体二极管 的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极 管基本电路及其分析方法与应用；在此基础上对齐纳二 极管、变容二极管和光电子器件的特性于应用也给予了 简要的介绍。
劳动版第四版电子技术基础课件
劳动版(第四版)电子技术基础课件
§1-2 半导体二极管
一、二极管的结构、符号和分类 二、二极管的伏安特性 三、二极管的主要参数 四、二极管的识别与检测 五、其他二极管
劳动版(第四版)电子技术基础课件
一、二极管的结构、符号和分类
1、二极管的结构和图形符号
结构
外壳
正极（阳极）
负极（阴极）
图形符号
V 正极（阳极）
因过热而损坏。
允许加在二极管两端反向电压的最大值（一般情况下
URM
URM=1/2UBR），正常工作时二极管两端所加电压 最大应小于URM，否则，二极管将会反向击穿损坏。
反向电流
在规定的反向电压（<UBR）和环境温度下的反向电流。
此值越小，二极管的单向导电性能越好，工作越稳
IR
定。IR对温度很敏感，使用时应注意环境温度不宜
劳动版(第四版)电子技术基础课件
§1-1 半导体的基本知识
一、半导体的基本概念 二、PN结及其单向导电性
劳动版(第四版)电子技术基础课件
一、半导体的基本概念
1、什么是半导体
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
2、半导体的导电特性
（1）热敏特性 （2）光敏特性 （3）掺杂特性
3、杂质半导体
（1）N型半导体 （2）P型半导体
劳动版(第四版)电子技术基础课件
报警、计数等设备。
劳动版(第四版)电子技术基础课件
3、变容二极管
作用： PN结电容随反向电压的变化而变化 工作电压： 反向电压
符号：
应用： 变容二极管常用在高频电路中。例如：用在高频 收音机的自动频率控制电路中，通过改变其反向 偏置电压来自动调节本机振荡频率。用在电视机 电调谐高频头的调谐电路中，通过改变反向偏置 电压来选择电视频道。
电子技术基础第14章 半导体器件
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
共价键共
用电子对
+4
+4
(a) 硅晶体的空间排列
电子学教研室 张智娟
14.2 PN 结及其单向导电性
1、 PN 结的形成
如图所示：在一块本征半导体在两侧 通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体 和N 型半导体。此时将在P型半导体和N 型半导体的结合面上形成如下物理过程:
漂移运动
空间电荷区 （PN结）
耗尽层
两侧载流子存在浓度差
多子扩散运动 空穴：PN；电子NP
电子技术基础
电子学教研室 张智娟
总结
1. 本征半导体中受激发产生的电子很少。 2. N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂
提供的电子，N型半导体中空穴是少子，少子 的迁移也能形成电流，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。
3. P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
电子技术基础
电子与通信工程系 电子学教研室 张智娟
Email: zhzhijuan@
电子技术基础
课程
一、电子技术组成
1.模拟电子技术：
简 介 电子学教研室 张智娟
• 半导体器件：二极管D，三极管（晶体管）,场效应管
• 分立元件电路：共射极、共基极、共集电极放大电路， 差放，功放
• 集成电路：集成运放，集成功放
2. 反向工作峰值电压URWM
电子技术基础(张龙兴版)教案
《电子技术基础(张龙兴版)全套教案》之第一至五章第一章：电子技术导论1.1 电子技术的定义与发展历程1.2 电子技术的基本组成部分1.3 电子技术的主要应用领域1.4 学习电子技术的方法与意义第二章：电子元件2.1 半导体器件的基本原理与特性2.2 晶体管的结构与类型2.3 电阻、电容、电感的作用与计算2.4 常用电子元件的识别与选用第三章：基本电路分析3.1 电路的基本概念与基本定律3.2 简单电阻电路的分析与计算3.3 交流电路的分析与计算3.4 电路仿真软件的使用与实践第四章：放大电路4.1 放大电路的基本原理与类型4.2 晶体管放大电路的设计与分析4.3 放大电路的频率响应与稳定性4.4 放大电路的应用实例第五章：数字电路基础5.1 数字电路的基本概念与逻辑门5.2 组合逻辑电路的设计与分析5.3 时序逻辑电路的设计与分析5.4 数字电路仿真与实践第六章：信号与系统6.1 信号的分类与特性6.2 系统的性质与分类6.3 信号的时域分析6.4 信号的频域分析第七章：模拟电子技术7.1 模拟电路的基本概念7.2 运算放大器的基本原理与应用7.3 滤波器的设计与分析7.4 模拟信号处理实例第八章：数字信号处理8.1 数字信号处理的基本概念8.2 数字滤波器的设计与分析8.3 快速傅里叶变换（FFT）8.4 数字信号处理在实际应用中的实例第九章：电子测量技术9.1 电子测量的基本概念与方法9.2 常用电子测量仪器与仪表9.3 测量误差与数据处理9.4 电子测量实验指导第十章：电子技术实验与实践10.1 电子技术实验的基本要求与流程10.2 常用实验仪器的使用与维护10.3 经典电子技术实验介绍第十一章：通信原理基础11.1 通信系统的概述11.2 模拟通信系统11.3 数字通信系统11.4 通信系统的性能评估第十二章：微电子技术与集成电路12.1 微电子技术概述12.2 集成电路的类型与设计12.3 半导体器件的封装与测试12.4 集成电路的应用实例第十三章：电源技术与电子负载13.1 电源技术的基本概念13.2 开关电源的设计与分析13.3 电子负载的设计与应用13.4 电源系统的测试与保护第十四章：嵌入式系统与微控制器14.1 嵌入式系统的基本概念14.2 微控制器的结构与工作原理14.3 嵌入式系统的编程与开发14.4 嵌入式系统的应用实例第十五章：电子技术在现代社会中的应用15.1 电子技术在通信领域的应用15.2 电子技术在计算机领域的应用15.3 电子技术在医疗领域的应用15.4 电子技术在交通领域的应用重点和难点解析第一章：电子技术导论重点：电子技术的定义与发展历程、电子技术的主要应用领域。
《电工与电子技术基础》第4章半导体器件习题解答
第4章半导体器件习题解答习题4.1计算题4.1图所示电路的电位U Y 。
（1）U A =U B =0时。
（2）U A =E ，U B =0时。
（3）U A =U B =E 时。
解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。
假设图中二极管为理想二极管，可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。
当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。
本题解答如下：（1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0；（2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝Ω+Ω⋅Ωk k E k 919＝109E ；（3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝Ω+Ω×⋅Ω×k k E k 19292＝1918E 。
4.2在题4.2图所示电路中，设VD 为理想二极管，已知输入电压u I 的波形。
试画出输出电压u O 的波形图。
题4.1图题4.2图解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。
首先从（b）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电第4章半导体器件习题解答阻为无穷大，相当于断路，因此u o ＝5V，即是说，只要判断出D导通与否，就可以判断出输出电压的波形。
要判断D 是否导通，可以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高低，从而得知是否导通。
- 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)。
场效应管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以输入电阻高，且温度稳定性好。
绝缘栅型场效应管
MOS管增强型NMOS管耗尽型NMOS管增强型PMOS管耗尽型PMOS管
1.4 绝缘栅场效应管(IGFET)
1. G 栅极D 漏极
S 源极B 衬极
SiO 2
P 型硅衬底耗尽层
N +
N +
栅极和其它电极之间是绝缘的，故称绝缘栅场效应管。
MOS
Metal oxide semiconductor
1.4.1 N 沟道增强型绝缘栅场效应管(NMOS)电路符号
D
G
S
G
D
S B
P
N +
N +
2. 工作原理
(1) U GS 对导电沟道的控制作用(U DS =0V)
当U GS ≥U GS(th)时，出现N 型导电沟道。
耗尽层
开启电压：U GS(th)
U
GS
N 型沟道
U GS 值越大沟道电阻越小。
G
D
S B
P
N +
N +
(2) U DS 对导电沟道的影响(U GS >U GS(th))
U
GS
U DD
R D
U DS 值小，U GD >U GS(th)，沟道倾斜不明显，沟道电阻近似不变，I D 随U DS 线性增加。
I D U GD =U GS -U DS
当U DS 值增加使得U GD =U GS(th)，沟道出现预夹断。
U DS =U GS -U GS(th)
随着U DS 增加，U GD <U GS(th)，夹断区向
源区扩展；夹断后，I D =U DS /R DS ，表现为恒
流特性
1
234
U GS V
2
4
6I D /mA
3. 特性曲线
输出特性曲线:I D =f (U DS )
U GS =常数
转移特性曲线:I D =f (U GS )
U DS =常数
U GS =5V
6V 4V
3V
2V
U DS =10V
恒流区
U GS(th)
U DS /V
5
10
151
234
I D /mA
可变电阻区
截止区
U GD =U GS(th)
2
GS D DO GS(th)1U I I U ⎛⎫
=- ⎪
⎪⎝⎭
I DO 是U GS =2U GS(th)时的I D 值
I DO
U GD >U GS(th)
U GD <U GS(th)
1. 结构特点
1.4.2 N 沟道耗尽型绝缘栅场效应管G
D
S B
P
N +
N +
在SiO 2层中预埋正离子形成原始导电沟道
U
GS
夹断电压：U GS(off)<0
2. U GS 可正可负
U DD
R D
I D
电路符号
D
G S
B
3. 特性曲线(I D 参考方向为流入漏极)
2
GS
D DSS GS(off)1U I I U ⎛⎫=-
⎪ ⎪⎝
⎭
01
234
U GS /V
-3-11I D /mA U GS =0V
1V
-1V -2V -3V
U DS =10V
恒流区
U GS(off)
U DS /V 0
5
10151
2
34I D /mA 截止区
U GS =U GS(off)
-2I DSS U GD >U GS(off)
U GD <U GS(off)
1. 结构
G 栅极D 漏极
S 源极B 衬极
N 型硅衬底P +
P +
1.4.3 P 沟道绝缘栅场效应管(PMOS)增强型PMOS
D G
S
B
耗尽型PMOS
D
G
S
B
G
D
S
B
N P +
P +
2. 电源极性
(1) 增强型PMOS
U GS
U DD
R D I D
U GS(th)<0, U GS < U GS(th), U DS <0, I D <0(2) 耗尽型PMOS
G
D
S B
N P +
P +
U
GS
U DD
R D
I D
U GS(off)>0, U GS < U GS(off),U DS <0, I D <0
3. 增强型PMOS 特性曲线
01234-U GS /V
2
4
6-I D /mA
U GS =-5V
-6V -4V -3V -2V
U DS =-10V
恒流区
U GS(th)
-U DS /V 0
5
1015123
4-I D /mA
阻截止区
U GD =U GS(th)
U GS(th)<0, U GS < U GS(th , U DS <0, I D <0(实际流出漏极)
U GD >U GS(th)
U GD <U GS(th)
4. 耗尽型PMOS 特性曲线
01
234-U GS /V
-3-11-I D /mA U GS =0V
-1V
+1V +2V +3V
U DS =-10V
恒流区
U GS(off)
-U DS /V 0
5
101512
34-I D /mA
变截止区
U GD =U GS(off)
-2I
DSS U GS(off)>0, U GS < U GS(off), U DS <0, I D <0(实际流出漏极)
U GD <U GS(off)
U GD >U GS(off)
4.3.4 场效应管的参数
U GS(th)、U GS(off)、I DSS 、U (BR)GS 、U (BR)DS 、P DM 、R GS
低频跨导g m
DS D
m GS
U I g U =∆=
∆常数
I D
O
GS
I DQ
∆I D
∆U GS
U GSQ
Q
(a)
(c)
(d)例1.4.1: 根据下图中场效应管各极的电位判断其工作状态，设各场
效应管的开启电压或夹断电压的绝对值均为4V 。
8V
3V
1V
0V
8V
2V
−6V
0V
0V
3V
−20V
−2V
解：根据U GS 和U GD 的值来判断有无导电沟道以及导电沟道有无夹断。
(a) U GS(th)=4V , U GS =7V>U GS(th) 有导电沟道。
可变电阻区
U GD =5V>U GS(th) 导电沟道未夹断。
(a)
(c)
(d)例1.4.1: 根据下图中场效应管各极的电位判断其工作状态，设各场
效应管的开启电压或夹断电压的绝对值均为4V 。
8V
3V
1V
0V
8V
2V
−6V
0V
0V
3V
−20V
−2V
(b) U GS(off)=−4V , U GS =−2V>U GS(off) 有导电沟道。
可变电阻区U GD =−8V<U GS(off) 导电沟道在源极处出现了夹断。
恒流区
(a)
(c)
(d)例1.4.1: 根据下图中场效应管各极的电位判断其工作状态，设各场
效应管的开启电压或夹断电压的绝对值均为4V 。
8V
3V
1V
0V
8V
2V
−6V
0V
0V
3V
−20V
−2V
(c) U GS(th)=−4V , U GS =−6V<U GS(th) 有导电沟道。
可变电阻区U GD =−6V<U GS(th) 导电沟道未夹断。
恒流区可变电阻区
(a)
(c)
(d)例1.4.1: 根据下图中场效应管各极的电位判断其工作状态，设各场
效应管的开启电压或夹断电压的绝对值均为4V 。
8V
3V
1V
0V
8V
2V
−6V
0V
0V
3V
−20V
−2V
(d) U GS(off)=4V , U GS =5V>U GS(off) 没有形成导电沟道。
可变电阻区恒流区可变电阻区截止区。