最新模电课件-第1章-半导体器件课件PPT
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第1章 半导体器件-PPT课件
V
V
a )
b )
jiaocaiwang
1．2半导体三极管
二、三极管的电流放大作用
三极管实现电流放大作 用的外部条件：发射结 正向偏置, 集电结反向 偏置。 NPN管必须满足： UC＞UB＞UE， 而PNP管必须满足： UC＜UB＜UE。
IB V R + U
BB b
IC
R + IE
c
U -
CC
-
a)
空穴 (少 子 )
内电场
IR
+
A
外电场
U
b)
jiaocaiwang
1．1半导体二极管
三、半导体二极管——结构、符号和类型
jiaocaiwang
1．1 半导体二极管
三、半导体二极管——伏安特性
iV / m A
正向特性：硅管的死 区电压0.5 V，导通压 降0.6～0.7 V，而锗管 为0.1 V和0.2～0.3 V 反向特性：饱和电流Is 反向击穿特性：UBR 温度特性：温度升高 时二极管正向特性曲 线向左移动，反向特 性曲线向下移动。
I/ m A
U
Z
U
B
U
U
A
Z
O
I A ( I Z m in ) IZ IZ IB (IZ m a x) U / V
V
A
B
jiaocaiwang
1．1 半导体二极管
四、特殊二极管——光电二极管、发光二极管
光电二极管正向电阻为几千欧，反向电阻为无穷大，工作在反偏 状态，主要用于需要光电转换的自动探测、控制装置以及光导纤 维通讯系统中作为接收器件等。符号如下： 发光二极管工作在正向偏置状态，导通时能发光，是一种把电能 转换成光能的半导体器件。常用作设备的电源指示灯、音响设备、 数控装置中的显示器。符号如下：
模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
精品课件-模拟电子技术-第1章
由此可知，在常温下，半导体内存在着两种载流子，一 种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。所以半导 体在外加电压作用下，两种载流子将会同时参与导电，如图 1.4所示。其中，In 表示电子形成的电流，Ip表示空穴形成 的电流。
15
第1章 半导体器件
图1.4 半导体内部载流子的运动
16
第1章 半导体器件
4
第1章 半导体器件
3) 掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的杂质元素能使其导电性能 发生显著变化，这种特性称为掺杂特性。例如在纯净的硅中 掺入百万分之一的杂质，其导电能力可以增强上百万倍。各 种半导体器件的制作，正是利用掺杂特性来改变和控制半导 体的导电能力的。 此外，半导体的导电能力还会随着电场、磁场的作用而 变化。 为什么半导体会有这些独特的导电性能呢？这主要是由 其内部的原子结构所决定的。
5
第1章 半导体器件
1.1.2 半导体的原子结构 用来制造晶体管的半导体材料主要是硅和锗。下面就来
讨论这两种半导体材料的原子结构。 1. 单个原子结构 硅的化学元素符号是Si，它有一个带正电的原子核和14
个带负电的电子。电子分三层绕原子核不停地旋转，如图 1.1(a)所示。由于原子核带14个电子电量的正电，因此正常 情况下原子呈中性。锗的化学元素符号是Ge，它共有32个电 子，分四层绕原子核不停地转动，如图1.1(b)所示。
第1章 半导体器件
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 本章小结 练习题
1
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 半导体的基本特性 1. 什么是半导体 自然界中的物质，按其导电能力的强弱，可分为导体、
15
第1章 半导体器件
图1.4 半导体内部载流子的运动
16
第1章 半导体器件
4
第1章 半导体器件
3) 掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的杂质元素能使其导电性能 发生显著变化，这种特性称为掺杂特性。例如在纯净的硅中 掺入百万分之一的杂质，其导电能力可以增强上百万倍。各 种半导体器件的制作，正是利用掺杂特性来改变和控制半导 体的导电能力的。 此外，半导体的导电能力还会随着电场、磁场的作用而 变化。 为什么半导体会有这些独特的导电性能呢？这主要是由 其内部的原子结构所决定的。
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第1章 半导体器件
1.1.2 半导体的原子结构 用来制造晶体管的半导体材料主要是硅和锗。下面就来
讨论这两种半导体材料的原子结构。 1. 单个原子结构 硅的化学元素符号是Si，它有一个带正电的原子核和14
个带负电的电子。电子分三层绕原子核不停地旋转，如图 1.1(a)所示。由于原子核带14个电子电量的正电，因此正常 情况下原子呈中性。锗的化学元素符号是Ge，它共有32个电 子，分四层绕原子核不停地转动，如图1.1(b)所示。
第1章 半导体器件
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 本章小结 练习题
1
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 半导体的基本特性 1. 什么是半导体 自然界中的物质，按其导电能力的强弱，可分为导体、
模电1--常用半导体器件PPT课件
.5ຫໍສະໝຸດ 1.1.0 半导体特性常用的半导体导体材料有如：：金属 物元体素分半类导绝体缘：体硅（如S：i）橡、胶锗、（云G母e、）塑料等。
化合物半半导导体体：—砷化导镓电（能G力aA介s于）导体和绝缘体之间。 掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
2. 在外电场的作用下，产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的
与外电场方向相反
自由电子始终在导带内运动
空穴流 价电子递补空穴形成的
用空穴移动产
与外电场方向相同
生的电流代表束缚电
始终在价带内运动
子移动产生的电流
.
10
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体
掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体
+4
.
8
本征半导体
共价键内的电子 挣脱原称子为核束束缚缚电的子 价带中电留子下称的为自由电子 空位称为空穴
导带
自由电子定向移 动形成电外子电流场E
禁带EG
束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流
价带
.
9
本征半导体
1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 电子浓度ni = 空穴浓度pi
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
定其化学性质和导电性能 .
7
1.1.1 本征半导体
本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。
T=常0K用且的无本外征半界导激体发，只有束缚电子，没有自由电子，本征 半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子
模电PPT【2024版】
一、结型场效应管（JFET）
N沟道结型场效应管
漏极d (drain)
栅极 g(gate)
导电沟道
源极s(source)
N沟道结构示意图
1、工作原理
•栅-源电压uGS < 0, PN结反 偏,无载流子，属于高阻区
• N型半导体中多子导电， 不经过 PN 结
▪ 栅-源电压uGS 控制耗尽层宽 度，进而控制沟道宽度
例：已知UZ、 [IZmin , IZmax]、RL ，求限流电阻R的取 值范围。
➢ Uo =UZ ➢ IDz [IZmin , IZmax]
IR
I DZ
Uz RL
R UI UZ IR
例 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向
导通电压为0.7V。试问： （1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
理想开关： 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
？
2、微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
c-e间击穿电压
最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE
安全工作区
讨论一：
PCM iCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
2.7
iC iB
U CE
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
§1.4 场效应管（FET）
模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件
21
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
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，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
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，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
电子技术精品课程模拟电路第1章 常用半导体器件 91页PPT课件
第1章 常用半导体器件
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础和半导体二极管
1.2 双极型半导体三极管 1.3 场效应半导体三极管 1.4 晶闸管(可控硅SCR)
2020/7/22
回首页
1
整体概况
第1章 常用半导体器件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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＋
＋N ＋
内电场
E
R
2020/7/22
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12
② 外加反向电压（也叫反向偏置）
第1章 常用半导体器件
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难
以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂移 运动产生的，I很小，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
P 区 空间电荷区
N区
＋＋＋
＋＋ ＋
ห้องสมุดไป่ตู้
PN结的单向导电性
第1章 常用半导体器件
① 外加正向电压（也叫正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大
大超过少子漂移运动，形成较大的正向电流，这时称PN结处 于导通状态。
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变窄
P IF 外 电 场
正向电压大于死区电压后 ，正向电流随着正向电压增 大迅速上升。通常死区电压 硅管约为0.5V，锗管约为 0.2V。
（2）反向特性(外加反向电压)
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向饱和电流IS很小。
反向电压大于击穿电压VBR时，反向电流急剧增加。
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础和半导体二极管
1.2 双极型半导体三极管 1.3 场效应半导体三极管 1.4 晶闸管(可控硅SCR)
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整体概况
第1章 常用半导体器件
概况一
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＋
＋N ＋
内电场
E
R
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② 外加反向电压（也叫反向偏置）
第1章 常用半导体器件
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难
以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂移 运动产生的，I很小，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
P 区 空间电荷区
N区
＋＋＋
＋＋ ＋
ห้องสมุดไป่ตู้
PN结的单向导电性
第1章 常用半导体器件
① 外加正向电压（也叫正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大
大超过少子漂移运动，形成较大的正向电流，这时称PN结处 于导通状态。
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变窄
P IF 外 电 场
正向电压大于死区电压后 ，正向电流随着正向电压增 大迅速上升。通常死区电压 硅管约为0.5V，锗管约为 0.2V。
（2）反向特性(外加反向电压)
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向饱和电流IS很小。
反向电压大于击穿电压VBR时，反向电流急剧增加。
模拟电路基础课件：1-半导体基础知识(新)
Ⅴ族化合物半导体[砷化镓(GaAs)等]。
• 半导体材料 Si： +14 2 8 4
Ge： +32 2 8 18 4
最外层电子（价电子）都是四个 价电子
Si
Ge
惯性核表示：
+4
惯性核：除价电子外的 内层稳定结构
二. 半导体三大基本特性
1.半导体的热敏性(temperature sensitive) 环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增强，制成 的热敏电阻可以用于温度控制。
浓度梯度：
dn(x) 或 dp(x)
dx
dx
小结
导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电 流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。导体中的载流 子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的电子和带正 电的空穴。
关键词：
• 本征半导体、杂质半导体 • 自由电子、空穴、N型半导体、P型半导体； • 多数载流子、少数载流子、漂移电流与扩散电流。
N型半导体
+4
+45
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为“施主电离”。 磷原子称为施主原子。
施主电离：
缘体和半导体。 导 体： 电阻率 < 10-4 Ω·cm，如铁、铝、铜等金属元素等 低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移 动，形成电流。
绝缘体：电阻率 > 109 Ω·cm，如惰性气体、橡胶等，其 原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场 强到相当程度时才可能导电。
• 半导体材料 Si： +14 2 8 4
Ge： +32 2 8 18 4
最外层电子（价电子）都是四个 价电子
Si
Ge
惯性核表示：
+4
惯性核：除价电子外的 内层稳定结构
二. 半导体三大基本特性
1.半导体的热敏性(temperature sensitive) 环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增强，制成 的热敏电阻可以用于温度控制。
浓度梯度：
dn(x) 或 dp(x)
dx
dx
小结
导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电 流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。导体中的载流 子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的电子和带正 电的空穴。
关键词：
• 本征半导体、杂质半导体 • 自由电子、空穴、N型半导体、P型半导体； • 多数载流子、少数载流子、漂移电流与扩散电流。
N型半导体
+4
+45
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为“施主电离”。 磷原子称为施主原子。
施主电离：
缘体和半导体。 导 体： 电阻率 < 10-4 Ω·cm，如铁、铝、铜等金属元素等 低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移 动，形成电流。
绝缘体：电阻率 > 109 Ω·cm，如惰性气体、橡胶等，其 原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场 强到相当程度时才可能导电。
模电-第1章-半导体基础PPT课件
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散. 运动
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽，空间电
荷区越宽。
20
一、PN 结的形成
2、说明
（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻Байду номын сангаас）内几乎没有载 流子，其厚度约为0.5μｍ。
（2）内电场的大小：
对硅半导体：VD≈0.6～0.8V， 对锗半导体：VD≈0.2～0.4V （3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺 杂浓度不等时，PN结不对称。
+4
+4
+4
+4
电子和空穴在外电场的作 用下都将作定向运动，这 种作定向运动电子和空穴 （载流子）参与导电，形 成本征半导体中的电流。
.
10
二、本征半导体
2、本征半导体的导电机理 （3）结论
①电子和空穴总是成对出现的------本征激发。 电子和空穴也可以复合而消失。
②本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流------空穴电 流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。 ③电子--空穴对的数目对温度、光照十分敏感。 ④本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
N 型半导体
磷原子
.
+4 +4
+5
+4
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三、杂质半导体
空穴
2、P 型半导体
（1）在本征半导体中掺入
《半导体器件》课件
总结词
高效转换，环保节能
详细描述
在新能源系统中，半导体器件用于实现高效能量转换和 环保节能。例如，太阳能电池板中的硅基太阳能电池可 以将太阳能转换为电能，而LED灯中的发光二极管则可 以将电能转换为光能。
THANKS
感谢观看
总结词
制造工艺复杂
详细描述
集成电路的制造工艺非常复杂，需要经过多个步骤和工艺 流程。制造过程中需要精确控制材料的物理和化学性质， 以确保器件的性能和可靠性。
总结词
具有小型化、高性能、低功耗等特点
详细描述
集成电路具有小型化、高性能、低功耗等特点，使得电子 设备更加轻便、高效和节能。同时，集成电路的出现也推 动了电子产业的发展和进步。
总结词
由半导体材料制成
详细描述
双极晶体管通常由半导体材料制成，如硅或锗。这些材料 在晶体管内部形成PN结，是实现放大和开关功能的关键 结构。
总结词
正向导通，反向截止
详细描述
在正向偏置条件下，双极晶体管呈现低阻抗，电流可以顺 畅地通过。在反向偏置条件下，双极晶体管呈现高阻抗， 电流被截止。
场效应晶体管
05
CATALOGUE
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
总结词
广泛使用，基础元件
详细描述
在电子设备中，半导体器件是最基本的元件 之一，用于实现信号放大、传输和处理等功 能。例如，二极管、晶体管和集成电路等是 电子设备中不可或缺的元件。
通信系统中的半导体器件
总结词
高速传输，信号处理
详细描述
在通信系统中，半导体器件用于信号的高速 传输和处理。例如，激光二极管用于光纤通
总结词
通过电场控制电流的电子器件
模电第一节PPT(1-半导体基础知识)
扩散
在没有电场的情况下，载流子会从高浓度区域向低浓度区域 扩散。
载流子的产生与复合
产生
在半导体中，载流子的产生主要通过热激发和光激发两种方式。热激发是指电子从价带跃迁到导带； 光激发是指光子与价带电子相互作用，将其激发到导带。
复合
载流子在半导体中会相互复合，释放出能量。这种复合过程分为带间复合和带内复合两种类型。带间 复合是指电子和空穴分别从导带和价带跃迁回各自原来的能级；带内复合是指电子和空穴在同一能级 上发生相互作用，释放出能量。
详细描述
半导体可以根据其导电类型分为P型和N型两种。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。
半导体的特性
总结词
半导体的特性
详细描述
半导体的特性包括热敏性、光敏性和掺杂性。热敏性是指半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性；光敏性是 指半导体材料能够将光能转换为电能的特性；掺杂性是指通过向半导体中添加其他元素来改变其导电性能的特性。
和热导率等。
常见的合金半导体有硅化物、氮 化物和硫化物等。
03
半导体中的载流子
电子与空穴
电子
带负电荷，是半导体的主要载流 子。在半导体中，电子可以在价 带和导带之间自由移动。
空穴
带正电荷，是电子缺失所产生的 虚拟粒子。在半导体中，空穴的 运动方向与电子相反。
载流子的运动与扩散
运动
在电场的作用下，载流子会沿着电场方向运动，形成电流。
度和性能。
三维集成技术
通过三维集成技术，将不同工艺 的芯片集成在一个封装内，实现
更高效的系统级集成。
柔性电子技术
柔性电子技术使得电子设备可以 弯曲、折叠，具有轻便、可穿戴 等特点，为新型电子产品提供了
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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 晶体三极管 §1.4 场效应晶体管
共价键
价电子共有化，形成共价键的晶格结构
空穴
自由电子
半导体中有两种载流子:自由电子和空穴
+
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在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
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在外电场作用下，空穴的定向移动形成电流
1.本征半导体中载流子为自由电子和空穴(金属呢？)。
2.电子和空穴成对出现,浓度相等。
3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导 电性和温度有关,对温度很敏感。
2 杂质半导体
2.1 N型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入五价元素 （如磷），使之取 代晶格中硅原子的 位置，就形成了N 型半导体。
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
3.2 PN结的单向导电性
1) PN结外加正向电压时处于导通状态 加正向电压是指P端加正电压，N端加负电压， 也称正向接法或正向偏置。
将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了 半导体二极管。由P区引出的电极为阳极（A） ，由N区 引出的电极为阴极（ K ）。
阳极 P N 阴极
二极管的符号：
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
发光 二极管
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。
2k 20k 200k
200
2M
20M
在
挡进行测量，当 PN 结完
✓ 二极管的伏安特性----单向导电性！
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正u 向 U 电 T，压 i则 ISeU T
若反向 u电 UT， 压i则 IS
• 伏安特性受温度影响 反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是(表内电源)正极。
0
1k
在 R 100或 R 1 k 挡测量
正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。
一般硅管正向电阻为几千欧，锗 管正向电阻为几百欧；反向电阻为 几百千欧。
正反向电阻相差不大为劣质管。
正反向电阻都是无穷大或零则 二极管内部断路或短路。
(2) 用数字式万用表检测
P区
N区
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，包括电子和空穴的扩散！
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
3.1 PN结的形成
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
结电容： Cj Cb Cd
结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！
清华大学 华成英 hchya@
§ 1.2 半导体二极管
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
• 二极管的等效电路
1）将伏安特性折线化
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
2）微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
模电课件-第1章-半导体器 件
教学目标
• 了解半导体的基本特性，半导体二极管、双极型 三极管、场效应管的分类、结构、基本电特性和 主要技术参数等。
• 理解本征半导体、杂质半导体、PN结、单向导电 性、伏安特性、电容效应、电流放大、击穿、稳 压、夹断、开启等基本概念。
• 掌握PN结的工作原理、半导体二极管的伏安特性、 双极型三极管的工作原理、电流分配关系、电流 放大原理、输入特性曲线、输出特性曲线、场效 应三极管的工作原理、转移特性曲线和输出特性 曲线。
ui=0时直流电源作用
根据电流rd方 程 uiD D， U ID T
小信号作用
Q越高，rd越小。 静态电流
二极管直流电阻 • 二极管的直流电阻是其工作在伏安特性上某一点
时的端电压与其电流之比。
图（a）电路（b）二极管伏安特性和工作点Q（c）二极管的直流电阻：
2. 用万用表检测二极管 (1) 用指针式万用表检测
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
• VT——温度的电压当量， VT=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波耳兹 曼常数（1.38×10–23J/K），T为热力学温度， 即绝对温度（300K），q为电子电荷 （1.6×10–19C）。在常温下，VT≈26m
外电场抵消内电场的作用，使耗尽层变 窄，形成较大的扩散电流。
2) PN结外加反向电压时处于截止状态
外电场和内电场的共同作用，使耗尽层变 宽，形成很小的漂移电流。
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
电子----多子; 空穴----少子.
2 杂质半导体
2.2 P型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入三价元素 （如硼），使之取 代晶格中硅原子的 位置，就形成了P 型半导体。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
3 PN结 3.1 PN结的形成