第14章半导体器件
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第14章 半导体器件 ppt课件
§14.3 二极管
14.3.1 基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
+
D
N
—
N 阴极
二极管1N4148
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14.3.1 基本结构
☆ 按结构分类：有点接触型、面接触型和平面型三类。
引线
阳极引线
小 功
大
外壳
功
铝合金小球
PN 结
率 高 频
触丝 N 型锗
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14.2.2 PN结的单向导电性
PN结加正向电压，即正向偏置： P区加正电压、N区加负电压。
PN结加反向电压，即反向偏置： P区加负电压、N区加正电压。
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PN结正向偏置——呈低阻导通状态
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
☆ N型半导体
硅或锗 + 少量磷 N型半导体 硅原子
磷离子
Si
Si
多余电子
P+
Si
N型硅表示 +
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☆ P型半导体
硅或锗 + 少量硼 P型半导体
硅原子
Si Si
空穴
硼离子
B-
Si
P型硅表示
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杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+3V A
0V B
DA DB
R
半导体器件分析课件
传感器与MEMS器件在医疗、环境监测等领域有广泛应用。研究新型传感器与MEMS器 件结构、材料和制程技术，提高器件的灵敏度、稳定性、可靠性等性能。
微波与毫米波器件
随着无线通信技术的发展，对微波与毫米波器件的需求增加。研究新型微波与毫米波器件 结构、材料和制程技术，提高器件的频率范围、功率容量、效率等性能。
根据能带理论，半导体材料具有特殊的能带结构，其价带和导带之间的间隙称为能 隙，电子需要吸收或释放能量才能从价带跃迁到导带。
能带理论是理解半导体器件工作原理的基础，它解释了为什么半导体材料具有导电 性，以及为什么半导体器件能够在外加电场的作用下控制电流的流动。
半导体器件的输运特性
半导体器件的输运特性是指电子 在半导体材料中的运动规律，包 括电子的扩散、漂移、散射等过
流几乎为零。
实际半导体器件的电流-电压特性会受到温度、材料、工艺等因素的影响， 表现出不同的特性。
半导体器件的频率特性
频率特性是指半导体器件在工作频率下 的性能表现。
频率特性主要受到载流子寿命、迁移率、 了解频率特性对于设计高频或微波频段
结电容等因素的影响。在高频下，半导
的半导体器件具有重要的意义。
体器件的性能会受到散射和寄生效应的
限制，表现出不同的频率响应。
03
CATALOGUE
半导体器件的制造工艺
半导体材料的选择与制备
半导体材料种类
半导体材料制备方法
硅、锗、硒、磷等元素及化合物半导 体材料，具有导电性能可控的特性。
采用物理或化学气相沉积、外延生长 等方法制备单晶或多晶半导体材料。
半导体材料纯度要求
可靠性强化
选择适合特定应用的半 导体材料和介质材料，
以改善器件性能。
微波与毫米波器件
随着无线通信技术的发展，对微波与毫米波器件的需求增加。研究新型微波与毫米波器件 结构、材料和制程技术，提高器件的频率范围、功率容量、效率等性能。
根据能带理论，半导体材料具有特殊的能带结构，其价带和导带之间的间隙称为能 隙，电子需要吸收或释放能量才能从价带跃迁到导带。
能带理论是理解半导体器件工作原理的基础，它解释了为什么半导体材料具有导电 性，以及为什么半导体器件能够在外加电场的作用下控制电流的流动。
半导体器件的输运特性
半导体器件的输运特性是指电子 在半导体材料中的运动规律，包 括电子的扩散、漂移、散射等过
流几乎为零。
实际半导体器件的电流-电压特性会受到温度、材料、工艺等因素的影响， 表现出不同的特性。
半导体器件的频率特性
频率特性是指半导体器件在工作频率下 的性能表现。
频率特性主要受到载流子寿命、迁移率、 了解频率特性对于设计高频或微波频段
结电容等因素的影响。在高频下，半导
的半导体器件具有重要的意义。
体器件的性能会受到散射和寄生效应的
限制，表现出不同的频率响应。
03
CATALOGUE
半导体器件的制造工艺
半导体材料的选择与制备
半导体材料种类
半导体材料制备方法
硅、锗、硒、磷等元素及化合物半导 体材料，具有导电性能可控的特性。
采用物理或化学气相沉积、外延生长 等方法制备单晶或多晶半导体材料。
半导体材料纯度要求
可靠性强化
选择适合特定应用的半 导体材料和介质材料，
以改善器件性能。
《半导体器件》PPT课件
b
+
D1
RL uO
D2
_
输出 波形
1.3.3 限幅电路
+ –
R
D1
D2
++
A Ri
––
工作原理
a. 当ui较小使二极管D1 、D1截止时
电路正常放大
b. 当ui 较大使二极管D1 或D1导通时
+ –
输入电压波形
ui
R
D1
D2
++
A Ri
––
0 t
R
+
D1
D2
++
A Ri
–
––
输出端电压波形
ui
因此，理想二极管正偏时，可视为短路线；反偏 时，可视为开路。
在分析整流，限幅和电平选择时，都可以把二极 管理想化。
1.3 半导体二极管的应用
1.3.1 在整流电路中的应用
整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电
路。
整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不 是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上 称单向脉动性直流电压。
1.2 半导体二极管
二
1.2.1 半导体二极管的结构和类
极
型
外壳
引线 阳极引线
管
铝合金小球
就
是
PN结
一
N型锗片
触丝
个
N型硅
金锑合金
封
底座
装
的
阴极引线
PN
结
点接触型
平面型
半导体二极管的外型和符号
正极
14-15半导体气体传感器 传感器课件
下面介绍一些至今发展比较成熟的几类湿敏传感器。
一、 氯化锂湿敏Байду номын сангаас阻
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解, 离子导电率发生 变化而制成的测湿元件。该元件的结构如下图所示, 由引线、 基片、 感湿层与电极组成。
氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体, 在氯化锂（LiCl） 溶液中, Li和Cl均以正负离子的形式存在, 而Li+对水分子的 吸引力强, 离子水合程度高, 其溶液中的离子导电能力与浓 度成正比。当溶液置于一定温湿场中, 若环境相对湿度高, 溶液将吸收水分，使浓度降低, 因此, 其溶液电阻率增高。 反之, 环境相对湿度变低时, 则溶液浓度升高, 其电阻率下降, 从而实现对湿度的测量。
二、 气敏传感器的种类
气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分烧结型、薄膜 型、厚膜型。
（1） 烧结型气敏元件将元件的电极和加热器均埋在金属 氧化物气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。 目前最常 用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200~300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。
2. 分类
气体传感器利用半导体与气体接触时电阻或功函数发生变化这
一特性检测气体。气体传感器分为电阻式与非电阻式两种。
电阻式采用SnO2、ZnO等金属氧化物材料制备,有多孔烧结件、 厚膜、 薄膜等形式。根据半导体与气体的相互作用是发生在
表面还是体内，又分为表面控制型与体控制型。
• 非电阻式气体传感器利用气体吸附和反应时引 起的功函数变化来检测气体。它可分为：
1. 半导体气体传感器是利用半导体气敏元件同气体接触, 造成半导体性质发生变化,借此检测特定气体的成分及其浓度。 用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、 煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、 预报和自动控制, 气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的 化学敏感元件。
一、 氯化锂湿敏Байду номын сангаас阻
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解, 离子导电率发生 变化而制成的测湿元件。该元件的结构如下图所示, 由引线、 基片、 感湿层与电极组成。
氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体, 在氯化锂（LiCl） 溶液中, Li和Cl均以正负离子的形式存在, 而Li+对水分子的 吸引力强, 离子水合程度高, 其溶液中的离子导电能力与浓 度成正比。当溶液置于一定温湿场中, 若环境相对湿度高, 溶液将吸收水分，使浓度降低, 因此, 其溶液电阻率增高。 反之, 环境相对湿度变低时, 则溶液浓度升高, 其电阻率下降, 从而实现对湿度的测量。
二、 气敏传感器的种类
气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分烧结型、薄膜 型、厚膜型。
（1） 烧结型气敏元件将元件的电极和加热器均埋在金属 氧化物气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。 目前最常 用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200~300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。
2. 分类
气体传感器利用半导体与气体接触时电阻或功函数发生变化这
一特性检测气体。气体传感器分为电阻式与非电阻式两种。
电阻式采用SnO2、ZnO等金属氧化物材料制备,有多孔烧结件、 厚膜、 薄膜等形式。根据半导体与气体的相互作用是发生在
表面还是体内，又分为表面控制型与体控制型。
• 非电阻式气体传感器利用气体吸附和反应时引 起的功函数变化来检测气体。它可分为：
1. 半导体气体传感器是利用半导体气敏元件同气体接触, 造成半导体性质发生变化,借此检测特定气体的成分及其浓度。 用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、 煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、 预报和自动控制, 气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的 化学敏感元件。
第14章 半导体器件
14.2
PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 2.PN结的单向导电性 3.PN结的伏安特性
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所 形成的特殊结构。 PN结是半导体器件的心脏。
PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的 杂质，分别形成N型半导体和P型半导体。
半导体中的两种电流
1.漂移电流：由载流子的漂移运动形成的电流。 漂移运动：由电场力引起的载流子定向运动。 2.扩散电流：由载流子的扩散运动形成的电流。 扩散运动：由于载流子浓度不均匀（浓度梯度） 造成的运动。 以上2种电流的方向与载流子的方向有关。 空穴电流的方向与运动方向一致。 电子电流的方向与运动方向相反。
第14章 半导体器件
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 半导体的导电特性 PN结及其单向导电性 二极管 稳压二极管 双极型晶体管 光电器件
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术指 标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况, 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的 近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义 的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标, 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的 误差，可采用合理估算的方法。
14.1 半导体的导电特性
本征半导体 杂质半导体 半导体中的电流
物质按导电性能分类
导体（＞105） 绝缘体（ 10-22 ~10-14 ） 半导体，是指电阻率介于金属和绝缘体之间并有 负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率 约在10-9~ 102欧· 米之间，温度升高时电阻率指数 则减小。如硅、锗等，半导体之所以得到广泛应 用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的 影响十分显着。
电子技术基础第14章 半导体器件
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为 价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共 价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间 形成排列有序的晶体。这种结构的立体和平面示意图如下。
+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
+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
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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
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电子技术基础
课程
一、电子技术组成
1.模拟电子技术：
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• 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
14章 题库——半导体器件+答案
管正向压降为 0.7V。正确的答案为
。
图 14-2-22
A． D1 导通、D2 截止、UAB=0.7V B． D1 截止、D2 导通、UAB=-5.3V
C． D1 导通、D2 导通、UAB=0.7V D． D1 截止、D2 截止、UAB=12V
23、本征半导体掺入 5 价元素后成为
。
A．本征半导体
B． N 型半导体
图 14-3-10 11、在图 14-3-11 所示电路中，设 D 为理想二极管，已知输入电压 ui 的波形。试画出 输出电压 uo 的波形图。
图 14-3-11
12、某人检修电子设备时，用测电位的办法，测出管脚①对地电位为－6.2V；管脚②对 地电位为－6V；管脚③对地电位为－9V，见图 14-3-12 所示。试判断各管脚所属电极及 管子类型（PNP 或 NPN）。
25、下图 14-1-25 中 D1-D3 为理想二极管，A，B，C 灯都相同，其中最亮的灯是 灯。
图 14-1-25
26、测得某 NPN 管的 VBE＝0.7V，VCE＝0.2V，由此可判定它工作在_______区。
27、当 PN 结反偏时，外加电场与内电场方向相
，使空间电荷区宽度变
。
28、测得放大电路中某三极管的三个管脚 A、B、C 的电位分别为 6V、2.2V、2.9V，则 该三极管的类型为______，材料为______，并可知管脚______为发射极。
29、某晶体管的发射极电流等于 1mA，基极电流等于 20µA，则它的集电极电流等于 ______mA。
二、选择题
1、 判断下图 14-2-1 所示电路中各二极管是否导通，并求 A，B 两端的电压值。设二极
管正向压降为 0.7V。正确的答案为
第1章 常用半导体器件14-15-2
+
入P 区的少子在P 区有浓度差，
P
越靠近PN结浓度越大，即在P 区
有电子的积累。同理，在N区有空
穴的积累。
请问：以下知识点你掌握了吗？
1.本征半导体的载流子有几种？分别为？ 2.掺杂半导体的种类？ 3.载流子在外力作用下有几种运动？ 4.PN结是如何形成的？ 5.PN结有什么重要特性？
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极间反向饱和电流 集电极基极间反向饱和电流 ICBO 集电极发射极间穿透电流 ICEO
ICEO=(1+β)ICBO
ICBO
µA B
C
E
ICEO
BC
µA
E
极限参数
IC/mA ICM
过流区
集电极最大允许电流 ICM 集-射反向击穿电压 U(BR)CEO
安
PCM=ICUCE
全
工
过损区
作
区
集电极最大允许耗散功率 PCM
UCE
IC
饱和区
uBE Uon uCE uBE
O
IB =60µA
放大区
IB =40µA IB = 20µA
uBE Uon uCE uBE
iC iB
UCE
截止区 uBE Uon uCE uBE iC 0
3.主要参数
电流放大系数 直流电流放大系数β=IC / IB 交流电流放大系数β=△IC / △IB
1.3.2 晶体管的电流放大作用
晶体管具有电流放大作用的外
部条件：
IB
RC C IC B
发射结正向偏置
E
UCC
集电结反向偏置
输
输
RB 入
出
电 IE 电
UBB 路
半导体器件(附答案)
第一章、半导体器件（附答案）一、选择题1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________A. 变窄 B 。
基本不变 C 。
变宽2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________A 。
B. C.3．稳压管的稳压是其工作在 ________A. 正向导通B. 反向截止C. 反向击穿区4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________A. 结型场效应管B. 增强型 MOS 管 C 。
耗尽型 MOS 管5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________A 。
多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____A. 增加B. 减少 C 。
不变7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻,两次测量结果 ______A. 相同B. 第一次测量植比第二次大 C 。
第一次测量植比第二次小8．面接触型二极管适用于 ____A. 高频检波电路B. 工频整流电路9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____A. 2CZ11B. 2CP10 C 。
2CW11 D.2AP610．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=.若其他参数不变，当温度上升到40℃，则D U 的大小将 ____A. 等于 0。
7V B 。
大于 0。
7V C 。
小于 0。
7V11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A 。
两种 B. 三种 C 。
四种12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态,由此可知输出电压O U 为 _____A. 6VB. 7VC. 0V D 。
1V13．将一只稳压管和一只普通二极管串联后，可得到的稳压值是（ ）A 。
半导体光电子器件课件
阈值电流的影响因素
主要有半导体材料的能带结构、载流子类型和浓度、光吸收系数等。
降低阈值电流的方法
优化材料和结构，提高材料的质量和纯度，采用多量子阱结构等。
响应速度
响应速度
指光电子器件对输入光信号的反应速度，即输出电流或电压对输 入光信号的响应时间。
响应速度的限制因素
主要包括载流子的寿命、扩散长度、载流子注入和收集的效率等。
发射极是半导体光电子器件中的重要 组成部分，负责产生光子。
详细描述
发射极通常由掺杂的半导体材料制成， 通过注入载流子并经过一系列物理过 程，产生光子。发射极的性能直接影 响器件的发光效率和光谱特性。
增益介 质
总结词
增益介质是半导体光电子器件的核心部分，提供光放大作用。
详细描述
增益介质是半导体光电子器件中用于放大光信号的部分，通 常由多种不同掺杂浓度的半导体材料组成。在光的激发下， 增益介质中的载流子发生跃迁，释放出光子，实现光信号的 放大。
03 半导体光电子器件的材料
直接带隙半导体材料
直接带隙半导体材料的特点是导带和价带之间的跃迁是允许的，因此可以直接吸 收光子产生电子-空穴对。常见的直接带隙半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硫化铅（PbS）等。
直接带隙半导体材料在光电子器件中应用广泛，如发光二极管（LED）、激光器 （LD）等。
02
宽禁带半导体材料在高温、高功 率光电子器件中具有优异性能， 如高亮度LED、高功率激光器等。
04 半导体光电子器件的制造 工艺
外延生长技术
总结词
外延生长技术是制造半导体光电子器 件的关键工艺之一，它通过在单晶衬 底上生长一层或多层具有所需晶体结 构和掺杂类型的单晶材料，实现器件 的制造。
主要有半导体材料的能带结构、载流子类型和浓度、光吸收系数等。
降低阈值电流的方法
优化材料和结构，提高材料的质量和纯度，采用多量子阱结构等。
响应速度
响应速度
指光电子器件对输入光信号的反应速度，即输出电流或电压对输 入光信号的响应时间。
响应速度的限制因素
主要包括载流子的寿命、扩散长度、载流子注入和收集的效率等。
发射极是半导体光电子器件中的重要 组成部分，负责产生光子。
详细描述
发射极通常由掺杂的半导体材料制成， 通过注入载流子并经过一系列物理过 程，产生光子。发射极的性能直接影 响器件的发光效率和光谱特性。
增益介 质
总结词
增益介质是半导体光电子器件的核心部分，提供光放大作用。
详细描述
增益介质是半导体光电子器件中用于放大光信号的部分，通 常由多种不同掺杂浓度的半导体材料组成。在光的激发下， 增益介质中的载流子发生跃迁，释放出光子，实现光信号的 放大。
03 半导体光电子器件的材料
直接带隙半导体材料
直接带隙半导体材料的特点是导带和价带之间的跃迁是允许的，因此可以直接吸 收光子产生电子-空穴对。常见的直接带隙半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硫化铅（PbS）等。
直接带隙半导体材料在光电子器件中应用广泛，如发光二极管（LED）、激光器 （LD）等。
02
宽禁带半导体材料在高温、高功 率光电子器件中具有优异性能， 如高亮度LED、高功率激光器等。
04 半导体光电子器件的制造 工艺
外延生长技术
总结词
外延生长技术是制造半导体光电子器 件的关键工艺之一，它通过在单晶衬 底上生长一层或多层具有所需晶体结 构和掺杂类型的单晶材料，实现器件 的制造。
绪论半导体器件概况课件
光刻技术
总结词
光刻技术是半导体器件制造中的关键环节，通过精确 控制光刻胶的曝光和显影过程，将器件结构转移到衬 底上。
详细描述
光刻技术是半导体器件制造中的核心技术之一，它涉及 到将设计好的电路结构通过光刻胶曝光和显影过程转移 到衬底上。光刻技术的精度和分辨率直接影响到器件的 性能和可靠性。为了实现高精度和高分辨率的光刻，需 要选择合适的光源、光刻胶和曝光设备，同时还要精确 控制曝光时间和显影过程。光刻技术的应用范围涵盖了 集成电路、MEMS等领域。
金属-氧化物-半导体场效应晶体管
总结词
金属-氧化物-半导体场效应晶体管是一种电压控制型器件，通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。
详细描述
在金属-氧化物-半导体场效应晶体管中，源极和漏极之间存在一个导电沟道。当施加电压时，栅极产生的电场会 改变沟道的宽度，从而控制源极和漏极之间的电流。金属-氧化物-半导体场效应晶体管在微电子技术中占有重要 地位。
表面声波器件
总结词
表面声波器件是一种利用声波在固体表面传 播的器件，具有高频、高速、高精度等特性 。
详细描述
在表面声波器件中，声波在固体表面传播并 完成各种信号处理任务，如信号放大、滤波 、调制等。表面声波器件在通信、雷达、电 子对抗等领域有广泛应用。
CHAPTER
04
半导体器件的工作原理
半导体的能带理论
CHAPTER
06
新型半导体器件
功率半导体器件
1 2
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
具有高输入阻抗和低导通压降的特点，广泛应用 于电机控制、电网管理和太阳能逆变器等领域。
宽禁带半导体材料
如硅碳化物和氮化镓等，具有高禁带宽度和高速 开关性能，适用于高频、高温和高功率应用。
第14章 半导体二极管和三极管
• 14.6 光电器件
第14章 半导体二极管和三极管
本章要求：
• 理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电 流放大作用； • 了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作 原理和特性曲线，理解主要参数的意义； • 会分析含有二极管的电路。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误 差、工程上允许一 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数 载流子。
14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺入三价元素 掺杂后空穴数目大量 空穴 增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子，自由电子是少数 载流子。
Si
Si
Si B–
电 子 技 术 的 应 用（信 号 检 测）
• 压力、温度、水位、水流量等的测量与调节; • 电子仪器（如信号发生器，电子脉搏器）;
• …..
电 子 技 术 的 应 用（汽 车 电 子）
电源 发动机控制 行驶装置 汽车电子报警与安全装置 旅居性 仪表 娱乐通讯
14.3 半导体二极管
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构 成了半导体二极管，简称二极管，接在P型半导体一侧的引 出线称为阳极；接在N型半导体一侧的引出线称为阴极。
(a) 点接触型 结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
《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
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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
《半导体器件基础》课件
计算机的CPU、内存等核心硬件都离不开半导体器件，如晶体管、电容
、电阻等。
03
消费电子中的半导体器件
手机、电视、音响等消费电子产品中，半导体器件广泛应用于信号处理
、显示控制等方面。
光电器件在通信与显示领域的应用
光纤通信中的光电器件
光纤通信系统中的光电器件，如激光器、光电探测器等，用 于实现高速、大容量的信息传输。
成。
工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
02
通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。
特性
03
具有低噪声、高速、低功耗等优点，常用于高频率信号处理。
04
半导体器件的工作原理
半导体的能带模型
原子能级与能带
描述原子中的电子能级如何形成连续的能带结构。
价带与导带
解释半导体的主要能带特征，包括价带和导带的定义与特性。
禁带宽度
讨论禁带宽度对半导体性质的影响，以及如何利用禁带宽度进行电 子跃迁。
半导体器件的交流参数
阐述半导体器件的交流参数，如频率响应、噪 声系数等。
半导体器件的可靠性参数
介绍半导体器件的可靠性参数，如寿命、稳定性等。
05
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
01
集成电路中的半导体器件
集成电路是现代电子设备的基础，其中的晶体管、二极管等半导体器件
起着关键作用。
02
计算机硬件中的半导体器件
ABCD
通过掺入不同元素，可以 调控半导体的导电类型（ N型或P型）和导电性能 。
在实际应用中，通常将硅 或锗基体材料进行掺杂， 以实现所需的导电性能。
宽禁带半导体材料
宽禁带半导体的特点是其具有高热导率、高击 穿场强和高电子饱和速度等优异性能。
电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_14.半导体器件-2
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当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之 间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管 截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关 的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大 作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流
IB UBC < 0 + + UBE > 0 IC + UCE IB = 0 IB UBC > 0
IC C + IB B T UCE + UBE E IE
电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴向 发射区的扩散 可忽略。
C N P N E
B
RB EB
RC EC
发射结正偏 集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
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2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB
A
IC
mA
B + V UBE
C
3DG100
RB
E
mA IE
+ V UCE
EC
EB
晶体管电流放大的实验电路
设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、 集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结 果如下表：
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
3. 会分析含有二极管的电路。
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当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之 间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管 截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关 的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大 作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流
IB UBC < 0 + + UBE > 0 IC + UCE IB = 0 IB UBC > 0
IC C + IB B T UCE + UBE E IE
电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴向 发射区的扩散 可忽略。
C N P N E
B
RB EB
RC EC
发射结正偏 集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
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2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB
A
IC
mA
B + V UBE
C
3DG100
RB
E
mA IE
+ V UCE
EC
EB
晶体管电流放大的实验电路
设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、 集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结 果如下表：
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
3. 会分析含有二极管的电路。
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外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小；
反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。 显然,二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线
性电阻元件。
电工与电子技术
14.3.3 主要参数
二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数 据进行说明这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参 数有：
1. 最大整流电流 IOM 二极管长时间使用所允许通过的最大 正向平均电流。
电工与电子技术
14.4 稳压二极管
稳压管是一种特殊的面接触型二 极管。它在电路中常用作稳定电压的 作用，故称为稳压管。
稳压管的图形符号：
I (mA)
40
30 正向
20
稳压管的伏安特性：
-12 8
10
-4
U(V)
0 0.4 0.8
稳压管的伏安特性曲线 与普通二极管类似，只是 反向曲线更陡一些。
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 反向截止时二极管相当于断开。
硅0.6~0.7V 否则，正向管压降 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的 高低或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
半导体材料的特性： 1. 纯净半导体的导电能力很差； 2. 温度升高——导电能力增强； 3. 光照增强——导电能力增强； 4. 掺入少量杂质——导电能力增强。
电工与电子技术
14.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
Si
Si
共价健
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
(b)面接触型
结面积小、 结电容小、正向 电流小。用于检 波和变频等高频 电路。
(c) 平面型
结面积大、 正向电流大、结 电容大，用于工 频大电流整流电 路。
用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于 高频整流和开关电路中。
电工与电子技术
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
2. 反向工作峰值电压 URWM 保证二极管不被击穿而给出的 反向峰值电压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为反向击穿电压的1/2至2/3。
3. 反向峰值电流 IRM 二极管加反向峰值电压时的反向电流 值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的此参数值为 微安级以下。
电工与电子技术
二极管的单向导电性
1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ） 时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向 电流较大。
( a ) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线 PN结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅
阴极引线 ( c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线 ( b ) 面接触型
( d ) 符号
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
电工与电子技术
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
（1）正向特性
失去一个电 子变为正离 子
磷原子
在N 型半导体中自由电子是 多数载流子，空穴是少数载流 子。
电工与电子技术
14.2 PN结的单向导电性
PN结具有单向导电的特性，也是由PN结构成的半导 体器件的主要工作机理。 1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
正向偏置时外加电场与内电场方向相反，内电场被削 弱，多子的扩散运动大大超过少子的漂移运动，N区的电 子不断扩散到P区，P区的空穴也不断扩散到N区，形成较 大的正向电流，这时称PN结处于导通状态。
空间电荷区 变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
IR
E
R
PN结的“正偏导通，反偏阻断”称为其单向导电性质，这 正是PN结构成半导体器件的基础。
电工与电子技术
14.3 二极管
14.3.1 基本结构
将PN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。
PN结是二极管的核心，也是所有半导体器件的核心。
(a) 点接触型
空间电荷区变窄
I 正向
P
N
外电场
US
＋
－
内电场
R
电工与电子技术
2. PN 结加反向电压（反向偏置）
P接负、N接正
反向偏置时内、外电场方向相同，因此内电场增强，致 使多子的扩散难以进行，即PN结对反向电压呈高阻特性；反 偏时少子的漂移运动虽然被加强，但由于数量极小，反向电 流 IR一般情况下可忽略不计，此时称PN结处于截止状态。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补， 而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相 当于正电荷的移动）。
电工与电子技术
14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质
半导体。
在常温下即可变
为自由电子
掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
多余 电子
I /mA
40 30 死 区
-60 -40 -20
20 10
电压
0 0.4 反向特性
（2）反向特性
正向特性 0.8 U /V
二极管外加正向电压较 小时，外电场不足以克服内 电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态 。
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。
共价键中的两个电子，称为价电子。
电工与电子技术
Si Si
空穴
自由电子
Si Si
本征半导体的导电机理
价电子在获得一定能量 （温度升高或受光照）后，即 可挣脱原子核的束缚，成为自 由电子（带负电），同时共价 键中留下一个空位，称为空穴 （带正电）。这一现象称为本 征激发。
温度愈高，晶体中产生
价电子 的自由电子便愈多。
电工与电子技术
第十四章 二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结 14.3 半导体二极管 14.4 稳压二极管 14.5 半导体三极管 14.6 光电器件
电工与电子技术
14.1 半导体的导电特性
半导体：导电能力介于导体和半导体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物 和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。
2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ） 时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向 电流很小。
3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导 电性。
4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈 大。
电工与电子技术
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态