1章-半导体器件 .ppt
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半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版
有限，因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子（
都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成：实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号：P
N
阳极
阴极
分类：
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路（Analog Circuit）及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术
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；
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。
第1章半导体器件
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
图01.07 PN结加正向电压 时的导电情况
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
热激发产生 的自由电子
掺杂磷产生 的自由电子
Si
SPi
Si
Si
Si
Si
•掺杂磷产生的自由电子数 〉〉热激发产生的自由电子数
•N型半导体中自由电子数 〉〉空穴数
•自由电子为 N型半导体的多数载流子（简称多）， 空穴为N型半导体的少数载流子（简称少子）
N型半导体简化图
多 子
Si
P
Si
Si
Si
Si
空
间
电
荷
l P型半导体：
往本征半导体中掺杂三价杂质硼形成的杂质半导体, P 型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电 子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电 子，使杂质原子成为负离子。因而也称为受主杂质。
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n= 5×1016/cm3
本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3
第一章 微电子器件 半导体物理课件
第一章 半导体中的电子状态 基本关系式 电子有效质量
1 d 2 Ec 1 2 2 dk k k0 mn
1 dE 电子运动速度 dk
基本图形 • • • • 半导体、绝缘体、导体能带示意图 半导体本征激发能带示意图 硅半导体能带结构图 砷化镓半导体能带结构图
基本图示 • 一定温度下，载流子迁移率与杂质浓度的关系 • 一定掺杂浓度下，载流子迁移率与温度的关系 • 载流子漂移速度与电场关系 • 砷化镓载流子漂移速度与电场关系
第五章 非平衡半导体
一、基本关系式
导带电子浓度（包含非平衡导带电子）n n n0 价带空穴浓度（包含非平衡价带空穴）
表面复合率 U s s p s 电子扩散电流密度 J n 扩 空穴扩散电流密度 J p 扩 电子漂移电流密度 J n 空穴漂移电流密度
d n x qDn dx
d p x qD p dx
漂
q(n0 n)n E
q( p0 p) p E
半导体空间电荷密度方程 0 x q p0 x nDj x n0 x p Ai x
基本概念
1、状态密度——能带中能量E附近单位能量间隔内的电子状态数
2、费米统计分布——半导体电子服从的统计分布 3、少子浓度——半导体单位体积中的少子数 4、多子浓度——半导体单位体积中的多子数 5、非简并半导体——载流子分布从费米分布蜕化化服从波尔兹曼统计分布的半导体 6、简并半导体—掺杂浓度很高，使费米能级非常接近、甚至进入导带或价带的半导体 7、载流子冻析效应——温度很低时，杂质不能完全电离，电子或空穴被杂质束缚
基本关系式 漂移电流密度 J (nqn pq p ) E
1 d 2 Ec 1 2 2 dk k k0 mn
1 dE 电子运动速度 dk
基本图形 • • • • 半导体、绝缘体、导体能带示意图 半导体本征激发能带示意图 硅半导体能带结构图 砷化镓半导体能带结构图
基本图示 • 一定温度下，载流子迁移率与杂质浓度的关系 • 一定掺杂浓度下，载流子迁移率与温度的关系 • 载流子漂移速度与电场关系 • 砷化镓载流子漂移速度与电场关系
第五章 非平衡半导体
一、基本关系式
导带电子浓度（包含非平衡导带电子）n n n0 价带空穴浓度（包含非平衡价带空穴）
表面复合率 U s s p s 电子扩散电流密度 J n 扩 空穴扩散电流密度 J p 扩 电子漂移电流密度 J n 空穴漂移电流密度
d n x qDn dx
d p x qD p dx
漂
q(n0 n)n E
q( p0 p) p E
半导体空间电荷密度方程 0 x q p0 x nDj x n0 x p Ai x
基本概念
1、状态密度——能带中能量E附近单位能量间隔内的电子状态数
2、费米统计分布——半导体电子服从的统计分布 3、少子浓度——半导体单位体积中的少子数 4、多子浓度——半导体单位体积中的多子数 5、非简并半导体——载流子分布从费米分布蜕化化服从波尔兹曼统计分布的半导体 6、简并半导体—掺杂浓度很高，使费米能级非常接近、甚至进入导带或价带的半导体 7、载流子冻析效应——温度很低时，杂质不能完全电离，电子或空穴被杂质束缚
基本关系式 漂移电流密度 J (nqn pq p ) E
第一章+半导体器件与模型 114页PPT文档
空穴很容易俘获电子，使杂质原 子成为负离子。三价杂质称为受主 杂质
+
+
4
4
+
+
4
3
武汉大学电子信息学院
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
武汉大学电子信息学院
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
+
+
4
4
+
+
4
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
武汉大学电子信息学院
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
半导体器件基础知识ppt课件
.
光敏二极管 又称光电二极管。其管壳上有透明聚光窗，由于PN结的光敏特性，当有光线照射时，光敏二极管在一定的反向偏压范围内，其反向电流将随光射强度的增加而线性地增加，这时光敏二极管等效于一个恒流源。当无光照时，光敏二极管的伏安特性与普通二极管一样。
.
光电耦合器 把发光器件和光敏器件组装在一起，使用时将电信号送入输入测的发光器件，将电信号转换成光信号，由输出侧的光敏器件（又称受光器件）接收并再转换成电信号。由于输出与输入之间没有直接电气联系，信号传输是通过光耦合的，所以也称其为光电隔离器。 光电耦合器的特点：发光器件与受光器件互不接触，绝缘电阻很高，并能承受2000V以上的高压，因此经常用来隔离强电和弱电系统；光电耦合器有极强的抗干扰能力；光电耦合器具有较高的信号传递速度。 光电耦合器的用途很广，如作为信号隔离转换，脉冲系统的电平匹配，微机控制系统的输入、输出回路等。
.
图1.1 PN结外加电压
.
当PN结外加正向电压时，PN结处于低电阻的导通状态，正向电流较大；当PN结外加反向电压时，PN结处于高电阻的截止状态，反向电流很小。这就是PN结的单向导电性。但当加于PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流可突然急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿。对应于电流开始剧增时的电压称为反向击穿电压。发生反向击穿时，只要反向电流的热效应不破坏PN结，当反向电压下降到击穿电压以下时，PN结的性能仍可恢复。
.
半导体二极管
半导体二极管实际上就是一个PN结，由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成的。它的用途很广，如用作整流、高频检波和数字电路中的开关元件等。为适用于各种不同的用途，制成了各种类型的半导体二极管。但其工作原理都是基于PN结的单向导电性。 二极管的电路符号为；
光敏二极管 又称光电二极管。其管壳上有透明聚光窗，由于PN结的光敏特性，当有光线照射时，光敏二极管在一定的反向偏压范围内，其反向电流将随光射强度的增加而线性地增加，这时光敏二极管等效于一个恒流源。当无光照时，光敏二极管的伏安特性与普通二极管一样。
.
光电耦合器 把发光器件和光敏器件组装在一起，使用时将电信号送入输入测的发光器件，将电信号转换成光信号，由输出侧的光敏器件（又称受光器件）接收并再转换成电信号。由于输出与输入之间没有直接电气联系，信号传输是通过光耦合的，所以也称其为光电隔离器。 光电耦合器的特点：发光器件与受光器件互不接触，绝缘电阻很高，并能承受2000V以上的高压，因此经常用来隔离强电和弱电系统；光电耦合器有极强的抗干扰能力；光电耦合器具有较高的信号传递速度。 光电耦合器的用途很广，如作为信号隔离转换，脉冲系统的电平匹配，微机控制系统的输入、输出回路等。
.
图1.1 PN结外加电压
.
当PN结外加正向电压时，PN结处于低电阻的导通状态，正向电流较大；当PN结外加反向电压时，PN结处于高电阻的截止状态，反向电流很小。这就是PN结的单向导电性。但当加于PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流可突然急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿。对应于电流开始剧增时的电压称为反向击穿电压。发生反向击穿时，只要反向电流的热效应不破坏PN结，当反向电压下降到击穿电压以下时，PN结的性能仍可恢复。
.
半导体二极管
半导体二极管实际上就是一个PN结，由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成的。它的用途很广，如用作整流、高频检波和数字电路中的开关元件等。为适用于各种不同的用途，制成了各种类型的半导体二极管。但其工作原理都是基于PN结的单向导电性。 二极管的电路符号为；
《半导体器件物理》课件
《半导体器件物理》PPT课件
目录 Contents
• 半导体器件物理概述 • 半导体材料的基本性质 • 半导体器件的基本结构与工作原理 • 半导体器件的特性分析 • 半导体器件的制造工艺 • 半导体器件的发展趋势与展望
01
半导体器件物理概述
半导体器件物理的定义
半导体器件物理是研究半导体材料和器件中电子和空穴的行为，以及它们与外部因 素相互作用的一门学科。
可以分为隧道器件、热电子器件、异质结器 件等。
半导体器件的应用
01
通信领域
用于制造手机、卫星通信、光纤通 信等设备中的关键元件。
能源领域
用于制造太阳能电池、风力发电系 统中的传感器和控制器等。
03
02
计算机领域
用于制造计算机处理器、存储器、 集成电路等。
医疗领域
用于制造医疗设备中的检测器和治 疗仪器等。
04
02
半导体材料的基本性质
半导体材料的能带结构
总结词
能带结构是描述固体中电子状态的模 型，它决定了半导体的导电性能。
详细描述
半导体的能带结构由价带和导带组成 ，它们之间存在一个禁带。当电子从 价带跃迁到导带时，需要吸收或释放 能量，这决定了半导体的光电性能。
载流子的输运过程
总结词
载流子输运过程描述了电子和空穴在 半导体中的运动和相互作用。
•·
场效应晶体管分为N沟道 和P沟道两种类型，其结 构包括源极、漏极和栅极 。
场效应晶体管在放大、开 关、模拟电路等中应用广 泛，具有功耗低、稳定性 高等优点。
当栅极电压变化时，导电 沟道的开闭状态会相应改 变，从而控制漏极电流的 大小。
04
半导体器件的特性分析
半导体器件的I-V特性
目录 Contents
• 半导体器件物理概述 • 半导体材料的基本性质 • 半导体器件的基本结构与工作原理 • 半导体器件的特性分析 • 半导体器件的制造工艺 • 半导体器件的发展趋势与展望
01
半导体器件物理概述
半导体器件物理的定义
半导体器件物理是研究半导体材料和器件中电子和空穴的行为，以及它们与外部因 素相互作用的一门学科。
可以分为隧道器件、热电子器件、异质结器 件等。
半导体器件的应用
01
通信领域
用于制造手机、卫星通信、光纤通 信等设备中的关键元件。
能源领域
用于制造太阳能电池、风力发电系 统中的传感器和控制器等。
03
02
计算机领域
用于制造计算机处理器、存储器、 集成电路等。
医疗领域
用于制造医疗设备中的检测器和治 疗仪器等。
04
02
半导体材料的基本性质
半导体材料的能带结构
总结词
能带结构是描述固体中电子状态的模 型，它决定了半导体的导电性能。
详细描述
半导体的能带结构由价带和导带组成 ，它们之间存在一个禁带。当电子从 价带跃迁到导带时，需要吸收或释放 能量，这决定了半导体的光电性能。
载流子的输运过程
总结词
载流子输运过程描述了电子和空穴在 半导体中的运动和相互作用。
•·
场效应晶体管分为N沟道 和P沟道两种类型，其结 构包括源极、漏极和栅极 。
场效应晶体管在放大、开 关、模拟电路等中应用广 泛，具有功耗低、稳定性 高等优点。
当栅极电压变化时，导电 沟道的开闭状态会相应改 变，从而控制漏极电流的 大小。
04
半导体器件的特性分析
半导体器件的I-V特性
电子技术基础总复习ppt课件
耦合电容
特点：具有隔直电容，信号源、负载不与放大器直连
图2.2.5 阻容耦合共射放大电路
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三、 放大电路的分析方法
——直流通路与交流通路
2.5.3 三种接法的比较
晶体管放大电路的三种组态： ➢ 共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流， 输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电 压放大。 ➢ 共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。 输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点常 用于多级放大的输入级和输出级，有时还用作中间隔离 级（缓冲级），起阻抗变换的作用。 ➢ 共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输 入电阻最小，频率特性最好。
分析放大电路应注意：
▪ 在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”。 求解静态工作点时应利用直流通路； 求解动态参数时应利用交流通路。
▪ 静态工作点合适，动态分析才有意义。 ▪ 分析时不一定非画出直流通路不可。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成运算放大电路
集成运算放大电路概述 集成运算放大器：简称运放，一种高放大倍数 的线性（直接耦合集成）电路。
4.1.1 集成运放的电路结构特点
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第2章 放大电路的基本原
理和分析方法
特点：具有隔直电容，信号源、负载不与放大器直连
图2.2.5 阻容耦合共射放大电路
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三、 放大电路的分析方法
——直流通路与交流通路
2.5.3 三种接法的比较
晶体管放大电路的三种组态： ➢ 共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流， 输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电 压放大。 ➢ 共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。 输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点常 用于多级放大的输入级和输出级，有时还用作中间隔离 级（缓冲级），起阻抗变换的作用。 ➢ 共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输 入电阻最小，频率特性最好。
分析放大电路应注意：
▪ 在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”。 求解静态工作点时应利用直流通路； 求解动态参数时应利用交流通路。
▪ 静态工作点合适，动态分析才有意义。 ▪ 分析时不一定非画出直流通路不可。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成运算放大电路
集成运算放大电路概述 集成运算放大器：简称运放，一种高放大倍数 的线性（直接耦合集成）电路。
4.1.1 集成运放的电路结构特点
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第2章 放大电路的基本原
理和分析方法
电子技术基础TYZYZZ
① 截止区 IB＝0那条输出特性曲
线以下的区域。在这个区域内的三 极管两个PN结均处于反向偏置状态。 相当于三极管内部各极开路，即相 当于开关断开。 ② 饱和区 每条曲线拐点连线左侧 的区域。在这个区域内的三极管两 个PN结均处于正向偏置状态管。子相当于开关闭合。 ③ 放大区 每条曲线的平直部分所构成的区域。在该区域三极管满足发 射结正偏、集电结反偏的放大条件，具有电流放大作用。
反向饱和电流。
② 当反向电压大到一定数值UBR时，反向电
流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称 为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。 正常使用二极管时（稳压二极管除外）， 是不允许出现这种现象的，因为击穿后电 流过大将会使管子损坏。
PPT文档演模板
二极管的伏安特性曲线
电子技术基础TYZYZZ
1.1 晶体二极管
电子技术基础TYZYZZ
1.1 晶体二极管
1.1.3 晶体二极管的伏安特性 (1) 正向特性（图中OAB段）
① 当二极管两端所加的正向电压 由零开始增大时，在正向电压比 较小的范围内，正向电流很小， 二极管呈现很大的电阻，如图中 OA段，通常把这个范围称为死区， 相应的电压叫死区电压。硅二极 管的死区电压为0.5V左右，锗二 极管的死区电压约为0.1～0.2V。
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电子技术基础TYZYZZ
1.2 晶体三极管
1.2.2 晶体三极管的电流放大作用
1. 三极管的电流放大作用
按图连接电路，观察各极电流的大小及其
关系。 (建议采用仿真演示)
（1）三极管电流分配关系 IE ＝ IB ＋ IC
（2）三极管电流放大作用
直流 交流
三极管各极上的电流分配关系
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线以下的区域。在这个区域内的三 极管两个PN结均处于反向偏置状态。 相当于三极管内部各极开路，即相 当于开关断开。 ② 饱和区 每条曲线拐点连线左侧 的区域。在这个区域内的三极管两 个PN结均处于正向偏置状态管。子相当于开关闭合。 ③ 放大区 每条曲线的平直部分所构成的区域。在该区域三极管满足发 射结正偏、集电结反偏的放大条件，具有电流放大作用。
反向饱和电流。
② 当反向电压大到一定数值UBR时，反向电
流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称 为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。 正常使用二极管时（稳压二极管除外）， 是不允许出现这种现象的，因为击穿后电 流过大将会使管子损坏。
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二极管的伏安特性曲线
电子技术基础TYZYZZ
1.1 晶体二极管
电子技术基础TYZYZZ
1.1 晶体二极管
1.1.3 晶体二极管的伏安特性 (1) 正向特性（图中OAB段）
① 当二极管两端所加的正向电压 由零开始增大时，在正向电压比 较小的范围内，正向电流很小， 二极管呈现很大的电阻，如图中 OA段，通常把这个范围称为死区， 相应的电压叫死区电压。硅二极 管的死区电压为0.5V左右，锗二 极管的死区电压约为0.1～0.2V。
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1.2 晶体三极管
1.2.2 晶体三极管的电流放大作用
1. 三极管的电流放大作用
按图连接电路，观察各极电流的大小及其
关系。 (建议采用仿真演示)
（1）三极管电流分配关系 IE ＝ IB ＋ IC
（2）三极管电流放大作用
直流 交流
三极管各极上的电流分配关系
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《半导体物理第一章》课件
3
1.3.3 pn结的I-V特性
详细解释pn结的I-V特性曲线，包括正向和反向电流的变化。
1.4 光电应及其在太 阳能电池中的应用。
2 1.4.2 光电二极管
阐述光电二极管的原理 及其在通信和显示技术 中的应用。
3 1.4.3 光电池
讨论光电池的构造、工 作原理和应用领域。
1.5 半导体器件的制作技术
晶体生长
介绍半导体晶体生长方法和技 术，如Czochralski法和液相外 延。
晶体制备
讨论半导体晶体的切割、抛光 和清洗等制备工艺。
制作半导体器件
概述半导体器件制作的关键步 骤，包括光刻、扩散和金属沉 积等工艺。
1.6 总结与展望
1.6.1 半导体物理的应用前景
评估半导体物理在电子技术、通信和能源领域 的未来发展。
1.1 半导体材料的基本性质
半导体的定义
介绍半导体的定义，以及其与导体和绝缘体的区别。
半导体的基本性质
探讨半导体的导电性、禁带宽度、载流子等基本特性。
半导体的能带结构
解释能带理论，讨论导带与禁带之间的能量差异对电子行为的影响。
1.2 掺杂半导体
1.2.1 掺杂的概念
介绍半导体掺杂的概念，包 括n型和p 型半导体的区别。
《半导体物理第一章》 PPT课件
An engaging and comprehensive introduction to the fundamental properties of semiconductor materials and their applications in electronic devices.
1.2.2 正、负离子掺 杂
说明正、负离子掺杂对半导 体电子结构的影响。
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工
电
空穴数增加
子
技
术
空穴
陈 小 虎 主 编
高 等 教 育 出 版 社
Si
BSi
Si
Si
自由电子 本征硅示意图
P型半导体：在本征
硅或锗中掺入三价元素， 如硼、铝、铟，则空穴 数目大大增加，形成多 数载流子。自由电子为 少数载流子。
在外电场作用下，空穴 导电占主导地位，故称 空穴型半导体。简称P型 半导体
子
技
1.1 半导体二极管的结构
术
陈
1.2 半导体二极管的单向导电性
小
虎 主
1.3 几种常用特殊二极管
编
高 等
1.4 二极管基本电路应用
教
育
出
版
社
电
第1章 半导体器件
工 电
主要内容：
子
介绍半导体材料的特性，半导体二极管、半
技 导体三极管的工作原理及应用知识。
术
重点内容：
陈
小
虎
PN结的单向导电性，电子器件认知规律和含
电 1.1 半导体二极管的结构
工 1.1.2 PN 结的形成
电
子 1、 PN 结形成
P区空穴向N区扩散
技 图2.1.2用专门的制
术 造工艺在同一块半
导体单晶上，形成P
陈 小
型半导体和N型半导
虎 主
体，在两种半导体
编 的交界面附近，由
高 等
于多数载流子浓度
教 的差别，引起多数
育 出
载流子的扩散运动。
教 育
原子结构如图
出 2.1.1所示。
版
社
图2.1.1 锗、硅原子结构
电 1.1 半导体二极管的结构
工
共价键：在晶体结构
电
的半导体中，相邻两
子
个原子的一对最外层
技
电子成为共用电子，
术
形成共价键结构。
空穴
价电子 共价键
Si
Si
陈
电子、空穴：在常温
小
下由于分子的热运动，
虎 主
少量价电子挣脱原子
编
核的束缚成为自由电
物体的导电性：
陈
小 （1）导体
虎
主 编
导 ＜104Ωcm
高 （2）绝缘体
等
教 育
绝＞1010Ωcm
出 版
（3）半导体
社 硅2.1 4110Ω 5 c m
图2.1.1 锗、硅原子结构
电 1.1 半导体二极管的结构
工
半导体材料的三个特点：
电
（1）热敏性
子
技
大部分半导体的导电能力随温度的升高而增强，有些对
工 电
1.1.3、PN 结的导电性
子 在PN结两端加上不同极性的外电压， PN结呈不
技 同的导电性。
术
PN结加正向电压：
P区接电源正极， N区接电
源负极，如图2.1.3（a）。
陈
小 虎 主
外电场削弱内电场，空间电 荷区变窄，多数载流子扩散
编
运动增强。
高
等
教
育
出
版
社
图2.1.3
PN结的正向电流由多数载流 子形成，比较大，PN结呈现 较小的正向电阻，称PN结正 向导通。
主
编 半导体器件电路的分析方法。
高
等
难点内容：
教
育 出
PN结的单向导电性，含半导体器件电路的分析。
版
社
电 1.1 半导体二极管的结构
工 1.1.1 半导体材料
电
子 半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。 技 常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge），硒和许 术 多金属氧化物、硫化物都是半导体。
术
自由电子数增加
N型半导体：在本征 硅
或锗中掺入五价元素，如
陈
小 虎
空穴
Si
PSi
磷、砷、锑，则自由电子 数目大大增加，形成多数
主 编
载流子。空穴为少数载流 子。
高
等 教
Si
Si
育
出
版
社
自由电子
在外电场作用下，自由 电子导电占主导地位， 故称电子型半导体。简 称N型半导体
本征硅示意图
电 1.1 半导体二极管的结构
版 社
→基本半导体器件
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 根据半导体的掺杂情况，半导体材料又可以分为两类：
子 1、本征半导体
技
术 完全纯净的具有晶体结构的半导体。 四价元素
典型的半导
陈 体 材 料 有 硅 （ Si ）
小 虎
和 锗 （ Ge ） ， 它
主 编
们都是四价元素，
高 每个原子的外层
等 有四个价电子，
陈 小
存在着自由电子导
虎
电和空穴导电。这
主 编
就是半导体导电方
高
式的最大特点。
等
教
育 自由电子（带负电）
出 版
和空穴都被称为载流
社 子。
Si
Si
Si
Si
自由电子定向运动 本征硅示意图
电 1.1 半导体二极管的结构
工 2、杂质半导体
电
子 杂质半导体
电子型（N型）半导体
技 有两大类
空穴型（P型）半导体
温度反应特别敏感。→热敏元件
术
（2）光敏性
陈 小
半导体的导电能力随光照强度的变化而变化。例如硫化
虎
镉薄膜，无光照时，电阻是几十兆欧姆，是绝缘体；受
主 编
光照时，电阻只有几十千欧姆。→光敏元件
高
（3）掺杂性
等
教 育
如果在纯净半导体中掺入微量其它元素（称为掺杂），
出
半导体的导电能力随着掺杂能力的变化而发生显著变化。
电 工 电 子 技 术
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
出
版
社
图2.1.3
PN结加反向电压：
P区接电源负极， N区接电 源正极，如图2.1.3（b）。 外电场加强内电场，空间电 荷区变宽，阻止多子扩散运 动，只有少数载流子越过空 间电荷区形成反向电流。 PN结的反向电流由少数载流 子形成，反向电流非常小， PN结呈现极高的反向电阻， 称PN结反向截止。
版
社
N区电子向P区扩散
图2.1.2 PN结的形成
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 1、PN 结形成
子 扩散运动在交界面附近形成一个很薄的空间电荷
技 区，这就是PN结。
术
PN结
阻挡层
P区空穴向N区扩散
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
耗尽区
出
版
N区电子向P区扩散
社
图2.1.2 PN结的形成
阻挡多子扩散
电 1.1 半导体二极管的结构
Si
Si
高
子，同时在原位留下
等 教
的 空 位 称 空 穴 。 这 种 自由电子
育
现象称为本征激发
本征硅示意图
出
版 结论：在本征半导体中电子空穴成对产生，当温度和光照
社
增加时，其数目增加。
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 子
在外电场作用下， 自由电子定向运动，
价电子填补空穴
技
价电子填补空穴。
术
在半导体中，同时
电 第二部分 电子技术基础
工
电 第1章
子
技
Hale Waihona Puke 半导体二极管及其应用电术
路
陈
本章在简要介绍半导体材料的特性
小 虎
及导电规律后，重点研究常用半导体
主 编
器件的组成结构、伏安特性、主要参
高
数和应用方法，为后续学习电子电路
等
教
建立必要的基础。
育
出
版
社
电 第二部分 电子技术基础
工
电
第1章 半导体二极管及其应用电路
电 1.1 半导体二极管的结构
工 1.1.4 半导体二极管
电
子 常用二极管图片
技 术
陈 小 虎 主 编
高
等
教
育
出
普通小功率二极管
版
社
各种发光二极管 大功率二极管
电
二极管的基本结构
工
电
半导体二极管结构
子
由一个PN结加电极引线与外壳制成。
技 阳极或正极
术
阴极或负极
陈
PN