1 半导体器件PPT课件
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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》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
(完整版)半导体器件ppt
它是零偏置情况下阈值的两倍
器件. 14
2020年2月11日7时38分
电阻工作区
• 假设VGS > VT ，并在漏区和源区之间加上一个小电压VDS
S
VGS
G
VDS
D ID
n+ - V(x) + n+
x
B
ID
k'n
W L
VGS
VT
VDS
VD2S 2
kn
动态或瞬态特性：耗尽区电容
• 空间电荷区的作用像一个具有半导体材料介电常数εsi的绝缘体，n区 和p区就像是电容器的极板
耗尽区电容具有高度的 非线性，且随反向偏置 的增加而减小：一个5V 的反向偏置使电容降低 两倍以上
• 大信号耗尽区电容 Ceq KeqC j0
器件. 5
2020年2月11日7时38分
2020年2月11日7时38分
阈值电压
• 强反型发生时VGS的值称为阈值电压VT
VGS
G
+
S
D
-
n+
n+
n channel p substrate
depletion region
B •体偏置对阈值的影响
–γ称为体效应(衬偏效应)系数，它表明VSB改变所产生的影响
VT VT 0 2F VSB 2F
器件. 17
2020年2月11日7时38分
速度饱和
• 短沟器件的主要差别是速度饱和效应 • 速度饱和效应：当沿沟道的电场达到某一临界值时，载流子的速度
将由于散射效应(即载流子间的碰撞)而趋于饱和 • 在沟道长度为0.25μm的NMOS器件中大约只需要2V左右的漏源电压
器件. 14
2020年2月11日7时38分
电阻工作区
• 假设VGS > VT ，并在漏区和源区之间加上一个小电压VDS
S
VGS
G
VDS
D ID
n+ - V(x) + n+
x
B
ID
k'n
W L
VGS
VT
VDS
VD2S 2
kn
动态或瞬态特性：耗尽区电容
• 空间电荷区的作用像一个具有半导体材料介电常数εsi的绝缘体，n区 和p区就像是电容器的极板
耗尽区电容具有高度的 非线性，且随反向偏置 的增加而减小：一个5V 的反向偏置使电容降低 两倍以上
• 大信号耗尽区电容 Ceq KeqC j0
器件. 5
2020年2月11日7时38分
2020年2月11日7时38分
阈值电压
• 强反型发生时VGS的值称为阈值电压VT
VGS
G
+
S
D
-
n+
n+
n channel p substrate
depletion region
B •体偏置对阈值的影响
–γ称为体效应(衬偏效应)系数，它表明VSB改变所产生的影响
VT VT 0 2F VSB 2F
器件. 17
2020年2月11日7时38分
速度饱和
• 短沟器件的主要差别是速度饱和效应 • 速度饱和效应：当沿沟道的电场达到某一临界值时，载流子的速度
将由于散射效应(即载流子间的碰撞)而趋于饱和 • 在沟道长度为0.25μm的NMOS器件中大约只需要2V左右的漏源电压
半导体器件 PPT课件
6
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶 体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四 个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相 临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
7
硅和锗的共价键结构
+4 +4表示除 去价电子 后的原子
+4
21
空间电荷区， 也称耗尽层。
20
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。 P型半导体漂移运动 内电场 Nhomakorabea N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽，
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 半导体原子形成共价键时， 空穴 产生一个空穴。这个空穴 +4 可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动 的带负电的离子。由于硼 +3 原子接受电子，所以称为 硼原子 受主原子。
你们好
模拟电子技术基础
第一章
半导体器件
2
第一章
§ 1.1 § 1.2 § 1.3
半导体器件
半导体的特性 半导体二极管 双极结型三极管
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶 体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四 个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相 临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
7
硅和锗的共价键结构
+4 +4表示除 去价电子 后的原子
+4
21
空间电荷区， 也称耗尽层。
20
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。 P型半导体漂移运动 内电场 Nhomakorabea N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽，
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 半导体原子形成共价键时， 空穴 产生一个空穴。这个空穴 +4 可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动 的带负电的离子。由于硼 +3 原子接受电子，所以称为 硼原子 受主原子。
你们好
模拟电子技术基础
第一章
半导体器件
2
第一章
§ 1.1 § 1.2 § 1.3
半导体器件
半导体的特性 半导体二极管 双极结型三极管
第1讲半导体器件PPT课件
第1章 基本电压放大电路
1.1PN结 1.2 晶体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 晶体三极管 1.5基本放大电路 1.6微变等效电路法 1.7多级放大器及频率特性 1.8光电耦合器 1.9场效应晶体管放大电路 1.10VMOS管介绍
1
概述
1
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
13
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
2
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3
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2
1.1PN结
在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的 不同大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。通常将 很容易导电、 电阻率小于10-4Ω·cm的物质，称为导体， 例如铜、铝、银等金属材料; 将很难导电、电阻率大于 1010Ω·cm的物质，称为绝缘体， 例如塑料、橡胶、陶瓷 等材料; 将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在103~109Ω·cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材 料是硅（Si)和锗(Ge)。
1.1PN结 1.2 晶体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 晶体三极管 1.5基本放大电路 1.6微变等效电路法 1.7多级放大器及频率特性 1.8光电耦合器 1.9场效应晶体管放大电路 1.10VMOS管介绍
1
概述
1
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N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
13
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
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1.1PN结
在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的 不同大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。通常将 很容易导电、 电阻率小于10-4Ω·cm的物质，称为导体， 例如铜、铝、银等金属材料; 将很难导电、电阻率大于 1010Ω·cm的物质，称为绝缘体， 例如塑料、橡胶、陶瓷 等材料; 将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在103~109Ω·cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材 料是硅（Si)和锗(Ge)。
《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
《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。
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自由电子浓度远 大于空穴的浓度，即 n >> p 。电子称为多数 载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子 (简称少子)。
+4
+4
+4
自由电子
+4
+54
+4
施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.4 N 型半导体的晶体结构15
多数载流子——自由电子
少数载流子—— 空穴
•磷原子失去一个电子自身成不 能移动的带正电荷的离子，称 为施主杂质。掺入一个磷原子 就提供一个自由电子,所以电子 是多子. •N型半导体中,电子是多子,空穴 是少子 I=IP+IN≈IN
+4
空位——空穴。
空穴
+4
+4
自由电子和空穴使本
征半导体具有导电能力，
但很微弱。
+4
+4
+4 自由电子
+4
+4
空穴可看成带正电的 载流子。
图 1.1.3 本征半导体中的
自由电子和空穴
9
A、本征激发—
电子、空穴对的产生
+4
+4
+4
共价键
B、电子与空穴的复合
+4
+4
+4
空穴
C、空穴是可以移动的，其
+4
电子空穴对 自由电子 N型半导体
++ + + ++ + + ++ + +
施主离子
注意：此整块的半导体仍为 中性
16
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4
+4
+4
3 价杂质原子称为受
空穴
主原子。
+4
+43 受主 +4
空穴浓度多于电子
模拟电子技术基础
简明教程 ——多媒体教学
电子信息工程系 电子技术教研室
1
PART ONE
前言
请在此处添加具体内容，文字尽量言简意赅，见到 那描述即可，不必过于繁琐，注意版面美观度。
2
前言
1. 本课程的性质
是一门技术基础课
2. 研究内容
以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、 特点及性能指标等。
的运动
相当于空穴为带正电荷
载流子
自由电子 带负电荷 电子流IN 空穴 带正电荷 空穴流IP
＋总电流
12
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 。
6
硅原子结构
价电子
最外层电子称价电子 Si +14 2 8 4
锗原子也是 4 价元素
(a)硅的原子结构图
4 价元素的原子常常用 + 4 电荷的正离子和周围 4 个价电子表示。
+4
(b)简化模型
图 1.1.1 硅原子结构
7
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导
体称为本征半导体。
考勤、提问 10 %
实验 20 %
末考：
60 %
7. 参考书
童诗白主编，《模拟电子技术基础》 第四版，高教出版社
康华光主编，《电子技术基础》 模拟部分 第四版，高教出版社
Multisim 、 orCAD等EDA软件仿真验证、分析、设计电路
4
第一章 半导体器件
1.1 半导体的特性 1.2 半导体二极管 1.3 双极型三极管(BJT) 1.4 场效应三极管
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 1.1.6 杂质半导体的的简化表示法 19
1.2 半导体二极管
1.2.1 PN 结及其单向导电性
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层(不能移动的正、负离子)，称为 PN 结。
+4
+4
+4
将硅或锗材
价
料提纯便形成单 晶体，它的原子
共
价 键
+4
+4
电 子 +4
结构为共价键结
构。
+4
+4
+4
当温度 T = 0 K 时，半
导体不导电，如同绝缘体。
图 1.1.2 单晶体中的共价键结构
8
若 T 或受光照 ，将
T
有少数价电子克服共价键
的束缚成为自由电子，在
原来的共价键中留下一个 +4
3. 特点
非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
4. 教学目标
能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，பைடு நூலகம்时对较简单的单 元电路进行设计。
3
前言
5. 学习方法
重点掌握基本概念、基本电路的分析方法和解题技巧。（课堂教学）
习题：独立完成，按时交作业
实验环节
6. 成绩评定
平时： 作业 10 %
1.1 半导体的特性
1. 导体：电阻率 < 10-4 ·cm 的物质。如铜、
银、铝等金属材料。
2. 绝缘体：电阻率 > 109 ·cm 物质。如橡胶、
塑料等。
3. 半导体：导电性能介于导体和半导体之间的物 质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗 (Ge)。
半导体导电性能是由其原子结构决定的。
原子
浓度，即 p >> n。空穴
为多数载流子，电子为
+4
+4
+4
少数载流子。
图 1.1.5 P 型半导体的晶体结构
17
电子空穴对 P型半导体
空穴
－ － －－
－ － －－
－ － －－
受主离子
多数载流子—— 空穴（与温度无关） 少数载流子——自由电子（与温度有关）
18
说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
一、 N 型半导体(Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，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。
14
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将 被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与 硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下 即可成为自由电子。
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，产生与复合运动会达到 平衡，载流子的浓度就一定了。
5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升
高，基本按指数规律增加。ni=
pi=
K1T3/2
exp(
-Eg/2kT） 13
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
+4 实 空是 穴共 ，+价 形4键 成的空电穴子的依移次动填补
空穴
D、最后达到动态的平衡
10
自由电子的运动与空穴的运动
II I 半导体中两种载流子：
带正电荷的空穴
PN
本征半导体
空穴电流
I
外电场
电子电流
IP
它们在外电 场的作用下，
IN
会出现定向
运动
导电机理
11
• 共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴