课程半导体基础知识资料讲解
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》 讲义
《半导体》讲义一、什么是半导体在我们生活的这个科技日新月异的时代，半导体已经成为了无处不在的关键元素。
但究竟什么是半导体呢？半导体，从本质上来说，是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
它的导电性能既不像铜、铝等金属那样优秀，能够轻易地让电流通过，也不像橡胶、塑料等绝缘体那样几乎完全阻止电流的流动。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
以硅为例，它在元素周期表中位于金属和非金属的交界位置，这使得它的原子结构具有独特的性质，从而表现出半导体的特性。
半导体的这种特殊导电性，使得我们能够通过对其进行巧妙的处理和控制，实现各种各样神奇的功能。
二、半导体的特性半导体具有一些非常重要的特性，正是这些特性使得它们在现代电子技术中发挥着无可替代的作用。
1、热敏特性半导体的电阻会随着温度的变化而发生显著改变。
温度升高时，其电阻会减小；温度降低时，电阻则会增大。
利用这一特性，我们制造出了热敏电阻，用于温度测量、温度控制等领域。
2、光敏特性半导体在受到光照时，其导电能力会大大增强。
基于这一特点，我们开发出了光电二极管、太阳能电池等器件。
3、掺杂特性通过向纯净的半导体中掺入微量的杂质元素，可以极大地改变其导电性能。
这种掺杂过程就像是给半导体“调味”，不同的“调料”（杂质）和不同的“用量”（掺杂浓度）会让半导体展现出不同的电学特性。
三、半导体的制造工艺了解了半导体的基本概念和特性后，我们来看看半导体是如何被制造出来的。
制造半导体的过程就像是在微观世界里进行一场精细的“雕刻”。
首先是原材料的准备，通常是高纯度的硅晶圆。
然后，通过一系列复杂的工艺步骤，在晶圆上构建出各种微小的结构和器件。
其中，光刻技术是关键的环节之一。
它就像是在晶圆上用“光”来绘制精细的电路图。
通过将特定的光刻胶涂覆在晶圆表面，然后用紫外线等光源透过掩膜版进行照射，使光刻胶发生化学反应，从而在晶圆上形成需要的图案。
接下来是掺杂，将杂质原子引入到特定的区域，以改变其电学性质。
半导体基础知识PPT培训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
课程半导体基础知识资料讲解
+–
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
动画
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。 动画
2020/8/4
PN 结加反向电压（反向偏置
）
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
１、Ｎ型半导体： 掺入微量五价元素： 如：磷、砷、锑等
２、Ｐ型半导体： 掺入微量三价元素： 如：硼、铝、镓等；
2020/8/4
１、N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
掺杂后自由电子数目
余 大量增加，自由电子导电
2020/8/4
１、物质的分类 （按导电性能）
导 体：导电性能很强，电阻率很小。
如：铁、铝、铜、银、金等。
绝缘体：即使外加很高的电压，也几乎没 有电流通过。
如：惰性气体、氦、氖等 高分子物质：橡胶、塑料、玻璃等； 陶瓷、云母等。
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间 的那些物质。
如：硅、锗及一些金属氧化物。
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。 当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的 厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷 量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示 意图如下图。
2020/8/4
半导体的基础知识教案
半导体的基础知识教案第一章：半导体概述1.1 半导体的定义与特性解释半导体的概念介绍半导体的物理特性讨论半导体的重要参数1.2 半导体的分类与制备说明半导体材料的分类探讨半导体材料的制备方法分析半导体器件的制备过程第二章：PN结与二极管2.1 PN结的形成与特性解释PN结的概念与形成过程探讨PN结的特性分析PN结的应用领域2.2 二极管的结构与工作原理介绍二极管的结构解释二极管的工作原理探讨二极管的主要参数与规格第三章：双极型晶体管（BJT）3.1 BJT的结构与分类解释BJT的概念介绍BJT的结构与分类分析BJT的运作原理3.2 BJT的特性与参数探讨BJT的输入输出特性讨论BJT的主要参数与规格分析BJT的应用领域第四章：场效应晶体管（FET）4.1 FET的结构与分类解释FET的概念介绍FET的结构与分类分析FET的运作原理4.2 FET的特性与参数探讨FET的输入输出特性讨论FET的主要参数与规格分析FET的应用领域第五章：半导体器件的应用5.1 半导体二极管的应用介绍半导体二极管的应用领域分析二极管在不同电路中的应用实例5.2 半导体晶体管的应用解释半导体晶体管在不同电路中的应用探讨晶体管在不同电子设备中的应用实例5.3 半导体集成电路的应用介绍半导体集成电路的概念分析集成电路在不同电子设备中的应用实例第六章：半导体存储器6.1 存储器概述解释存储器的作用与分类探讨半导体存储器的发展历程分析存储器的主要参数6.2 RAM与ROM介绍RAM（随机存取存储器）的原理与应用解释ROM（只读存储器）的原理与应用分析RAM与ROM的区别与联系6.3 闪存与固态硬盘探讨闪存（NAND/NOR）的原理与应用介绍固态硬盘（SSD）的结构与工作原理分析固态硬盘的优势与挑战第七章：太阳能电池与光电子器件7.1 太阳能电池解释太阳能电池的原理与分类探讨太阳能电池的优缺点分析太阳能电池的应用领域7.2 光电子器件解释光电子器件的分类与应用探讨光电子器件的发展趋势第八章：半导体传感器8.1 传感器的基本概念解释传感器的作用与分类探讨传感器的基本原理分析传感器的主要参数8.2 常见半导体传感器介绍常见的半导体传感器类型解释半导体传感器的原理与应用分析半导体传感器的优势与挑战8.3 传感器在物联网中的应用探讨物联网与传感器的关系介绍传感器在物联网应用中的实例分析物联网传感器的发展趋势第九章：半导体激光器与光通信9.1 半导体激光器解释半导体激光器的工作原理探讨半导体激光器的特性与参数分析半导体激光器的应用领域9.2 光通信原理解释光纤通信与无线光通信的区别探讨光通信系统的组成与工作原理9.3 光通信器件与技术介绍光通信器件的类型与功能解释光通信技术的分类与发展趋势分析光通信在现代通信系统中的应用第十章：半导体技术与未来趋势10.1 摩尔定律与半导体技术发展解释摩尔定律的概念与意义探讨摩尔定律对半导体技术发展的影响分析半导体技术的未来发展趋势10.2 纳米技术与半导体器件介绍纳米技术在半导体器件中的应用解释纳米半导体器件的特性与优势探讨纳米半导体器件的未来发展趋势10.3 新兴半导体技术与应用分析新兴半导体技术的种类与应用领域探讨量子计算、生物半导体等未来技术的发展前景预测半导体技术与产业的未来发展趋势重点和难点解析重点环节一：半导体的定义与特性重点环节二：半导体的分类与制备重点环节三：PN结与二极管重点环节四：双极型晶体管（BJT）重点环节五：场效应晶体管（FET）重点环节六：半导体存储器重点环节七：太阳能电池与光电子器件重点环节八：半导体传感器重点环节九：半导体激光器与光通信重点环节十：半导体技术与未来趋势全文总结和概括：本文主要对半导体的基础知识进行了深入的解析，包括半导体材料的分类与特性、半导体的制备方法、PN结与二极管、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）、半导体存储器、太阳能电池与光电子器件、半导体传感器、半导体激光器与光通信以及半导体技术与未来趋势等内容进行了详细的阐述。
《半导体》 讲义
《半导体》讲义一、什么是半导体在我们的现代生活中，半导体无处不在。
从智能手机到电脑，从汽车到家用电器，半导体都扮演着至关重要的角色。
那么，究竟什么是半导体呢？半导体，简单来说，是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
导体，比如铜、铝等金属，它们内部有大量自由移动的电子，所以导电性很好。
而绝缘体，像塑料、橡胶等，其内部几乎没有自由移动的电子，导电性极差。
半导体则处于两者之间，它的导电性可以通过一些特殊的方法进行调控。
以硅为例，纯净的硅晶体导电性并不强。
但当我们向其中掺入少量的杂质，比如磷或者硼，硅的导电性就会发生显著的变化。
这种特性使得半导体能够实现对电流的精确控制，从而成为电子设备中各种功能元件的基础。
二、半导体的特性半导体具有一些独特的特性，正是这些特性使得它们在电子领域具有如此广泛的应用。
1、热敏特性半导体的电阻会随着温度的变化而发生明显的改变。
利用这一特性，我们可以制造出热敏电阻，用于温度测量和控制。
2、光敏特性当半导体受到光照时，其导电能力会增强。
基于这一特性，我们有了光电二极管、太阳能电池等器件。
3、掺杂特性前面提到，向半导体中掺入少量的杂质可以极大地改变其导电性。
这使得我们能够根据不同的需求，制造出具有不同电学性能的半导体器件。
4、单向导电性半导体二极管具有单向导电性，只允许电流在一个方向上通过。
这在电路中用于整流、检波等方面。
三、半导体的制造工艺了解了半导体的基本概念和特性，接下来我们看看半导体是如何制造出来的。
半导体的制造是一个极其复杂且精密的过程，通常包括以下几个主要步骤：1、晶圆制备首先，需要制备出高纯度的硅晶圆。
这通常是通过将石英砂（主要成分是二氧化硅）经过一系列的化学反应和提纯工艺，得到高纯度的硅，然后将其拉制成圆柱形的单晶硅锭，再切割成薄片状的晶圆。
2、光刻这是半导体制造中最为关键的步骤之一。
在晶圆表面涂上一层光刻胶，然后通过光刻机将设计好的电路图案投射到光刻胶上。
半导体基础知识PPT幻灯片课件
流为Izmax 。
i
I zmax
U ZW RL
25mA
1.2ui iR U zW 25R 10
——方程1
(1-37)
令输入电压降到下限 时，流过稳压管的电 流为Izmin 。
i
iL
R
ui
DZ
iZRL uo
i
I
zm in
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10
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。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
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。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，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 可以认为空穴是载流 子。
(1-43)
1.4.2 电流放大原理
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少部入分P区与R的B基电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极
电流EICE。
(1-44)
集电结反偏， 有少子形成的
《半导体》 讲义
《半导体》讲义一、半导体的定义与基本特性半导体，顾名思义，是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
它具有独特的电学特性，使得其在现代电子技术中扮演着至关重要的角色。
半导体的导电性可以通过控制杂质的掺入浓度和外界条件（如温度、光照等）来调节。
这种特性使得半导体能够实现对电流和电压的精确控制，从而成为制造各种电子器件的理想材料。
常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）以及化合物半导体如砷化镓（GaAs）等。
其中，硅是目前应用最为广泛的半导体材料，因为它在地球上储量丰富，且具有良好的物理和化学性质。
二、半导体的晶体结构半导体材料通常具有晶体结构。
以硅为例，其晶体结构为金刚石结构。
在这种结构中，每个硅原子与周围四个硅原子形成共价键，构成一个稳定的晶格。
晶体结构的完整性对于半导体的性能有着重要影响。
晶体中的缺陷和杂质会干扰电子的运动，从而影响半导体器件的性能和可靠性。
三、半导体中的载流子在半导体中，存在两种主要的载流子：电子和空穴。
电子是带负电荷的粒子，其运动形成电流。
而空穴则是电子离开原子后留下的空位，可以看作是带正电荷的“准粒子”，空穴的运动也能产生电流。
半导体的导电性取决于载流子的浓度和迁移率。
载流子浓度可以通过掺杂来改变，而迁移率则受到晶体结构、温度等因素的影响。
四、半导体的掺杂为了改变半导体的电学性质，通常会进行掺杂操作。
掺杂是指在纯净的半导体中掺入少量杂质原子。
常见的掺杂类型有两种：施主掺杂和受主掺杂。
施主杂质（如磷）能够提供多余的电子，增加电子浓度，使半导体成为 N 型半导体。
受主杂质（如硼）能够接受电子，形成空穴，使半导体成为P 型半导体。
通过控制掺杂的类型和浓度，可以制造出具有不同电学性能的半导体材料，为制造各种电子器件奠定基础。
五、半导体器件基于半导体材料的特性，人们制造出了各种各样的半导体器件。
1、二极管二极管是最简单的半导体器件之一，它由一个 P 型半导体和一个 N 型半导体组成。
(完整word版)半导体基础知识
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性:极差。
如惰性气体和橡胶.半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧.半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间.半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化.晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子.空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流.自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发.复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体基础知识详细
半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。
它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。
半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。
1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。
在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。
半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。
2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。
共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。
共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。
离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。
离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。
3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。
半导体的能带结构分为价带和导带两部分。
价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。
导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。
当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。
掺杂分为n型和p 型两种。
n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。
这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。
p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。
这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。
5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。
二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。
半导体主要知识点总结
半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。
与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。
由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。
1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。
半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。
1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。
在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。
导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。
二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。
通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。
N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。
P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。
2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。
漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。
这两种过程决定了半导体材料的电学性质。
三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。
二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。
3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。
它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。
晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。
3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。
它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。
3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。
半导体的基本知识77509 PPT资料共92页
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
(1-24)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
二极管的电路符号： PFra bibliotek面接触型
N
(1-25)
二、伏安特性
I
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
(1-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，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，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子。
(1-10)
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
(1-11)
1.1.3 杂质半导体
i
iL
半导体基础知识入门学习共42页
0 10 20 30 40 50 60 70 80 t/s
温度波动曲线
电子技术：是研究电子器件、电子电路及其应用的 科学技术。
模拟电子技术：研究模拟信号 电子技术
数字电子技术：研究数字信号 模拟信号：在时间上和幅值上都是连续变化的信号
（模拟信号）
自由电子产生的同时，在其 原在来电的场共的价作键用中下就出现了一 个空空穴位运，动原：子的电中性被破 坏，呈现出正电性，其正电 量与电价子电的子负填电补量空相穴等的，运人动 们常称呈现正电性的这个空 位为空穴。
• 半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴 对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？
4. 半导体的共价键结构
硅 14 —1s2，2s2，2p6，3s2，3p2 锗 32 —1s2，2s2，2p6，3s2，3p6，3d10， 4s2，4p2
原子核 电子
14
价电子
硅的原子结构
1.1.1 本征半导体
1. 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
(导体 ρ＜10-4Ω·cm , 绝缘体 ρ＞109Ω·cm)
半导体
10-4Ω·cm ＜ρ ＜ 109Ω·cm
常见材料 硅(Si)
锗(Ge)
1.1.1 Ge和Si原子的简化模型
2. 本征半导体晶体结构
图1.1.2 本征半导体晶体结构示意图
晶体中原子的排列方式 共价键结合力强
本征半导体导力弱
3. 本征半导体中的两种载流子
热力学零度 （T=0K）,半导体中没有自由电子,相当于
本章要求
掌握：二极管、三极管的外特性及主要参数的 物理意义 理解：PN结 、二极管的单向导电性、稳压管的 稳压作用 及三极管的放大作用 了解：二极管、三极管的选用原则
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＋4
＋4
＋4
受主 原子
＋4
＋4
＋4
空位
＋4
＋4
＋4
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图 1 – 5 P型半导体的共价键结构
（三）、ＰＮ结
１、ＰＮ结的形成； ２、ＰＮ结的单向导电性； ３、ＰＮ结的电流方程 ４、ＰＮ结的伏安特性 ５、ＰＮ结的电容效应；
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１、ＰＮ结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
１、Ｎ型半导体： 掺入微量五价元素： 如：磷、砷、锑等
２、Ｐ型半导体： 掺入微量三价元素： 如：硼、铝、镓等；
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１、N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
掺杂后自由电子数目
余 大量增加，自由电子导电
１.１ 半导体基础知识
重点： １、半导体的知识； ２、掺8/4
一、知识回顾
１、信号 ２、电信号 ３、电子信息系统 ４、Multisim 10 软件介绍
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１.１ 半导体基础知识
（一）、半导体 （二）、掺杂半导体 （三）、ＰＮ结
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3、本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)、 和锗(Ge) ，和砷化镓(GaAs)等，它们的最外层 电子（价电子）都是四个。
硅原子结构示意图
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锗原子
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
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共价键共 用电子对
＋4
＋4
＋4
价
电
＋4
子
共
＋4
＋4
＋4
价
键
图1–1 硅和锗简化原子
结构模型
＋4
＋4
＋4
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图 1 – 2 本征半导体共价键晶体结构示意图
共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其 中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子, 同时必然 在共价键中留下空位, 称为空穴。空穴带正电, 如图 1-３所 示。
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２、半导体的独特性能
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
u
i IS (eUT 1)
kT UT q
常温下，即Ｔ=300Ｋ时，ＵＴ≈26mＶ。
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４、ＰＮ结的伏安特性
正向特性 反向特性 反向击穿：
齐纳击穿 雪崩击穿
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５、ＰＮ结的电容效应
PN结的结电容Ｃj=Ｃb+Ｃd
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
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P型半导体
在本征半导体中, 掺入微量３价元素, 如硼、镓、铟等, 则 原来晶格中的某些硅 (锗)原子被杂质原子 代替。
P
IR
内电场 外电场
–+
N
P接负、N接正
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
动画
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，
反向电阻较大，PN结处于截止状态。
动画
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
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３、ＰＮ结的电流方程
qu
i IS(ekT 1)
如磷、砷、锑等, 则
＋4
原来晶格中的某些硅
(锗)原子被杂质原子
代替。
＋4
＋4
＋4
键外 电子
＋5
＋4
施主 原子
＋4
＋4
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图 1 - 4 N型半导体共价键结构
２、P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量
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。
外电场
+–
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
动画
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。 动画
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PN 结加反向电压（反向偏置
）
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
电 成为这种半导体的主要导
子 电方式，称为电子半导体
动画 或N型半导体。
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。
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硅原子 磷原子
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N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
N型半导体
＋4
在本征半导体中,
掺入微量５价元素,
浓度差 多子的扩散运动
动画
形成空间电荷区
扩散的结果使空间电
动画
荷区变宽。
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２、ＰＮ结的单向导电性
PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
内电场越强，漂移运
动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
扩散和漂移
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
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１、物质的分类 （按导电性能）
导 体：导电性能很强，电阻率很小。
如：铁、铝、铜、银、金等。
绝缘体：即使外加很高的电压，也几乎没 有电流通过。
如：惰性气体、氦、氖等 高分子物质：橡胶、塑料、玻璃等； 陶瓷、云母等。
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间 的那些物质。
如：硅、锗及一些金属氧化物。
＋4 空穴
＋4
＋4
＋4
自由 电子
＋4
＋4
＋4
＋4
＋4
动画
图 1 – 3 本征半导体中的自由电子和空穴
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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
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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（二）、掺杂半导体