模电第一章课件
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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。
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、
模电课件-第1章-精选文档
（3）运算电路：完成一个或多个信号的各种运算。 （4）信号转换电路： 电压（流）→电流（压）、
直（交）流→交（直）流。
（5）信号发生电路：产生正弦、三角、矩形波等。 （6）直流电源：将交流电转换成不同输出电压和电流的 直流电。
33 MHz
目录
Analog Electronics
1
导言
33 MHz
2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 晶体三极管及放大电路基础 5 场效应管放大电路 6 模拟集成电路 7 反馈放大电路 8 信号的运算和滤波 9 波形的发生与变换电路 10 直流稳压电源
信号的 信号的 信号的
信号的
提取
传感器 接收器
预处理
隔离、滤波 放大、阻抗 变换
加工
运算、转 换、比较
执行
功率放大 A/D转换
33 MHz
图1.2.1电子信息系统示意图
Analog Electronics
1.2.3
电子信息系统中的模拟电路
信号的 预处理 信号的 加工 信号的 执行
信号的 提取
（1）放大电路：用于信号的电压、电流或功率放大。 （2）滤波电路：用于信号的提取、变换或抗干扰。
Analog Electronics
模拟电子技术基本教程 Fundamentals of Analog Electronics 华成英 主编
33 MHz
Analog Electronics 1. 电子技术的发展简史
电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广， 它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观 世界和微观世界的物质技术基础。 1904年第一只电子器件发明以来，世界电子技术经历了 电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。
直（交）流→交（直）流。
（5）信号发生电路：产生正弦、三角、矩形波等。 （6）直流电源：将交流电转换成不同输出电压和电流的 直流电。
33 MHz
目录
Analog Electronics
1
导言
33 MHz
2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 晶体三极管及放大电路基础 5 场效应管放大电路 6 模拟集成电路 7 反馈放大电路 8 信号的运算和滤波 9 波形的发生与变换电路 10 直流稳压电源
信号的 信号的 信号的
信号的
提取
传感器 接收器
预处理
隔离、滤波 放大、阻抗 变换
加工
运算、转 换、比较
执行
功率放大 A/D转换
33 MHz
图1.2.1电子信息系统示意图
Analog Electronics
1.2.3
电子信息系统中的模拟电路
信号的 预处理 信号的 加工 信号的 执行
信号的 提取
（1）放大电路：用于信号的电压、电流或功率放大。 （2）滤波电路：用于信号的提取、变换或抗干扰。
Analog Electronics
模拟电子技术基本教程 Fundamentals of Analog Electronics 华成英 主编
33 MHz
Analog Electronics 1. 电子技术的发展简史
电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广， 它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观 世界和微观世界的物质技术基础。 1904年第一只电子器件发明以来，世界电子技术经历了 电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。
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;
模电第一章课件
பைடு நூலகம்
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
模拟电子技术第一章PPT课件
06 反馈放大电路
反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出信号的一部分或全部，通过一定 的方式（反馈网络）送回到输入端的过程。
反馈的判断：瞬时极性法。
反馈的分类：正反馈和负反馈。 反馈的连接方式：串联反馈和并联反馈。
正反馈和负反馈
正反馈
反馈信号使输入信号增强的反 馈。
负反馈
反馈信号使输入信号减弱的反 馈。
集成化与小型化
随着便携式设备的普及，模拟电子技术需要实现 更高的集成度和更小体积，以满足设备小型化的 需求。
未来发展趋势
智能化
01
随着人工智能技术的发展，模拟电子技术将逐渐实现智能化，
能够自适应地处理各种复杂信号和数据。
高效化
02
未来模拟电子技术将更加注重能效，通过优化电路设计和材料
选择，提高能量利用效率和系统稳定性。
电压放大倍数的大小与电路中 各元件的参数有关，可以通过 调整元件参数来改变电压放大 倍数。在实际应用中，需要根 据具体需求选择合适的电压放 大倍数。
输入电阻和输出电阻
总结词
详细描述
总结词
详细描述
输入电阻和输出电阻分别表 示放大电路对信号源和负载 的阻抗，影响信号源和负载 的工作状态。
输入电阻越大，信号源的负 载越轻，信号源的输出电压 越稳定；输出电阻越小，放 大电路对负载的驱动能力越 强，负载得到的信号电压越 大。
共基放大电路和共集放大电路
共基放大电路的结构和工作原理
共基放大电路是一种特殊的放大电路，其输入级和输出级采用相同的晶体管，输入信号 通过输入级进入，经过晶体管的放大作用，输出信号被送到输出级，最终输出放大的信
号。
共集放大电路的结构和工作原理
共集放大电路是一种常用的放大电路，其结构包括输入级、输出级和偏置电路。输入信 号通过输入级进入，经过晶体管的放大作用，输出信号被送到输出级，最终输出放大的 信号。共集放大电路的特点是电压增益高、电流增益低、输出电压与输入电压同相位。
南邮模电课件-第1章--晶体二极管及其基本电路
28
第1章 半导体二极管及其基本电路
耗尽 区
耗尽 区
P＋
N
P
N＋
(a)
(b)
图1―8不对称PN结
29
第1章 半导体二极管及其基本电路
1―2―2 PN 一、PN结加正向电压— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
限流电阻
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
及外加电场的强度等因素决定。
21
第1章 半导体二极管及其基本电路
二、扩散电流（扩散运动） 1．定义：因某种原因使半导体中的载流子的浓度分 布不均匀时，载流子从浓度大的地方向浓度小的地方 作扩散运动，形成的电流。 2．扩散电流主要取决于载流子的浓度差（即浓度 梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与浓度值无 关。
18
第1章 半导体二极管及其基本电路
nn pn ni2
pn
ni2 nn
ni2 ND
对P型半导体，多子pp与少子np有
pp np ni2
np
ni2 pp
ni2 NA
(1―2a)
(1―2b) N型半导体，施
主浓度
(1―3a)
(1―3b) P型半导体，受
主浓度
19
第1章 半导体二极管及其基本电路
本征半导体受外界能量（热、电、光等能量）激发，同 时产生电子、空穴对的过程称为本征激发。
二、本征载流子浓度 1．复合：在本征半导体中，由于本征激发，不断产生
电子、空穴对，使载流子密度增加。与此同时，又会有 相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，电子会填入空 穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对 电子、空穴，这一过程称为复合。
第1章 半导体二极管及其基本电路
耗尽 区
耗尽 区
P＋
N
P
N＋
(a)
(b)
图1―8不对称PN结
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第1章 半导体二极管及其基本电路
1―2―2 PN 一、PN结加正向电压— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
限流电阻
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
及外加电场的强度等因素决定。
21
第1章 半导体二极管及其基本电路
二、扩散电流（扩散运动） 1．定义：因某种原因使半导体中的载流子的浓度分 布不均匀时，载流子从浓度大的地方向浓度小的地方 作扩散运动，形成的电流。 2．扩散电流主要取决于载流子的浓度差（即浓度 梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与浓度值无 关。
18
第1章 半导体二极管及其基本电路
nn pn ni2
pn
ni2 nn
ni2 ND
对P型半导体，多子pp与少子np有
pp np ni2
np
ni2 pp
ni2 NA
(1―2a)
(1―2b) N型半导体，施
主浓度
(1―3a)
(1―3b) P型半导体，受
主浓度
19
第1章 半导体二极管及其基本电路
本征半导体受外界能量（热、电、光等能量）激发，同 时产生电子、空穴对的过程称为本征激发。
二、本征载流子浓度 1．复合：在本征半导体中，由于本征激发，不断产生
电子、空穴对，使载流子密度增加。与此同时，又会有 相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，电子会填入空 穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对 电子、空穴，这一过程称为复合。
第一章-模电课件PPT课件
第3页/共33页
1.1 信 号
1.信号： 信息的载体
温度、气压、风速、声音等
如何表达？
——传感器（信号源）
——连续变化的电信号（模拟信号）
——放大、滤波
——驱动负载（显示装置、扬声器等）
模拟电路最基本的 处理信号的功能
微第音4页器/共输33出页的某一段信号的波形
1.1 信号
2. 电信号源的电路表达形式
vo
Avovi
RL Ro RL
则电压增益为
Av
vo vi
Avo
RL Ro RL
由此可见 RL
Av 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL 理想情况 Ro 0
第18页/共33页
另一方面，考虑到 输入回路对信号源的 衰减
有
vi
Rs
Ri
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
第29页/共33页
1.5 放大电路的主要性能指标
4. 频率响应
B.频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
相位失真： 对不同频率的信号相
移不同产生的失真。
第30页/共33页
1.5 放大电路的主要性能指标
5. 非线性失真
由元器件非线性特性 引起的失真。
由输入回路得
ii
is
Rs Rs Ri
要想减小对信号源的衰减，则希望…？ Ri Rs 理想情况 Ri 0
第20页/共33页
C. 互阻放大模型（自学） D. 互导放大模型（自学） 注意：图1.4.2的电路模型可以由戴维宁－诺顿等 效变换原理进行互换，但一般根据电路概念明确 的原则选择等效电路。 E. 隔离放大电路模型（抗干扰）
1.1 信 号
1.信号： 信息的载体
温度、气压、风速、声音等
如何表达？
——传感器（信号源）
——连续变化的电信号（模拟信号）
——放大、滤波
——驱动负载（显示装置、扬声器等）
模拟电路最基本的 处理信号的功能
微第音4页器/共输33出页的某一段信号的波形
1.1 信号
2. 电信号源的电路表达形式
vo
Avovi
RL Ro RL
则电压增益为
Av
vo vi
Avo
RL Ro RL
由此可见 RL
Av 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL 理想情况 Ro 0
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另一方面，考虑到 输入回路对信号源的 衰减
有
vi
Rs
Ri
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
第29页/共33页
1.5 放大电路的主要性能指标
4. 频率响应
B.频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
相位失真： 对不同频率的信号相
移不同产生的失真。
第30页/共33页
1.5 放大电路的主要性能指标
5. 非线性失真
由元器件非线性特性 引起的失真。
由输入回路得
ii
is
Rs Rs Ri
要想减小对信号源的衰减，则希望…？ Ri Rs 理想情况 Ri 0
第20页/共33页
C. 互阻放大模型（自学） D. 互导放大模型（自学） 注意：图1.4.2的电路模型可以由戴维宁－诺顿等 效变换原理进行互换，但一般根据电路概念明确 的原则选择等效电路。 E. 隔离放大电路模型（抗干扰）
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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Cj = Cb + Cd
极间电容（结电容） 电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
1.2半导体二极管
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，简称二极管。由P区引出 的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
P
N
符号
+
-
阳极
阴极
1.2.1半导体二极管的几种常见结构
本节将介绍二极管的结构、特性、主要参 数及特殊二极管的功能。
1、点接触型二极管
正 极引 线
金 属触 丝
PN结面积小，结电容小， 通过信号频率高适用于高 频电路和小功率电路
负 极引 线
外壳
N型 锗
2、 面接触型二极管
正 极引 线
PN结结面积大，流 过的电流较大 ，通过 信号频率低，适用于工 频大电流整流电路。
物质总是从浓度高的地方向 浓度低的地方运动，这种由 于浓度差而产生的运动称为 扩散运动（多子）。
内电场E
P型半导空体 间电荷区N型半导体
－ －－－ ++ ++
由于扩散到P区的自由电子与 空穴复合，而扩散到N区的空
－－－
穴与自由电子复合，所以在
交界面附近多子的浓度下降， P区出现负离子，N区出现正
离子，他们是不能移动的，
1.2.3二极管的主要参数
为了描述二极管的性能，常引用以下几个主要参数： （1）最大整流电流IF ： IF是二极管长期运行时允许通过的最大
正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关，若 超过此值，则将因温升过高而烧坏。 （2）最高反向工作电压UR ： UR是二极管工作时允许外加的最大 反向电压，超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通 常UR为击穿电压的一半。 （3）反向电流IR： IR是二极管未击穿时的反向电流。 IR愈小， 二极管的单向导电性愈好。 （4）最高工作频率fM： fM是二极管工作的上限频率。超过此值 时，二极管将不能很好地体现单向导电性。
在绝对温度T=0K时，
+4
+4 +4
所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不
会成为自由电子，因此本
+4
+4 +4
征半导体的导电能力很弱
共价键
，接近绝缘体。
三、本征半导体中的两种载流子
当温度升高或受到
+4
+4 +4
光的照射时，束缚
电子能量增高，有
的电子可以挣脱原
+4
+4 +4
子核的束缚，而参 与导电，成为自由
三、PN结的电流方程
理论分析证明，流过PN结的电流i与外加电压u之间的 关系为
qu
i Is (e kT 1)
式中，I s为反向饱和电流，q为电子的电量，k为玻耳兹曼常 数，T为热力学温度。将式中的kT/q用UT取代，则得
u
i Is (eUT 1)
在T=300K(室温)时， UT =26mV。
生的电子空穴对越多。
自由电子在运动的过程中如
+4
+4 +4
空穴
自由电子
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。
在一定温度下，本征激发
和复合同时进行，达到动
+4
+4
+4
态平衡。电子空穴对的浓
这一现象称为本征激发，也称热激发。 度一定。pi = ni=常数
硅：1.43 1010
空穴
自由电子
电子。 自由电子产生的
+4
+4 +4
同时，在其原来的共
价键中就出现了一个
自由电子和空穴数目相等
空位，称为空穴。
运载电荷的粒子称为载流子。
本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半
导体的特殊性质。
四、本征半导体中的载流子的浓度
可见本征激发同时产生
+4
+4
+4
电子空穴对。 外加能量 越高（温度越高），产
2、雪崩击穿
在掺杂浓度较低的PN结中，当外加反向电压 时，耗尽区较宽，少子漂移通过耗尽区时被加速， 动能增大。当反向电压大到一定值时，在耗尽区 内被加速而获得高能的少子，会与价电子相碰撞， 将其撞出共价键，产生电子—空穴对。新产生的 电子、空穴被强电场加速后，又会撞出新的电子， 载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增加，这种 击穿称为雪崩击穿。 注：无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可 能造成PN结的永久性损坏。
例：
R 1kΩ E 10V
D—非线性器件 RLC—线性器件
i
i
I
0
u
u
u
i IS (e UT 1)
u Ri
二极管的模型
二极管的V—A特性
i
0
u
导通压降
+
ui
-
串联电压源模型
i
u UD u UD
+
i
u
UD
UD
u
- UD
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管 0.3V。
理想二极管模型
P型 硅
铝 合金 小 球 N型 硅
底座 负 极引 线
3、 平面型二极管
正 极引 线
SiO2
用于集成电路制造工艺中。 PN结结面积可大可小，
用于高频整流和开关电路
P型 硅 N型 硅
负 极引 线
1.2.2二极管的伏安特性
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
1、 正向特性 i
u
V
mA
2、 反向特性
i u
V
uA
0 反向饱和电流
i
正偏 反偏
+
ui
-
u
二、二极管的微变等效电路
当二极管外加直流正向
偏置电压时，将有一直 流电流，曲线上反应该 电压和电流的点为Q点， 如图（a）中所标注。这 时，将二极管等效成一 个动态电阻，且
rd
uD iD
图b为二极管的微变等效电 路，在小功率二极管中 广泛应用。
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
常温300K时： 电子空穴对的浓度
cm3
锗：2.38 1013
cm3
1.1.2杂质半导体
通过扩散工艺，在本征半导体中掺入 少量合适的杂质元素，便可得到杂质半 导体。按掺入的杂质元素不同，可形成N 型半导体和P型半导体。
一、N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入5价元硅原子 素，使之取代晶格中硅原子的
+4
（5）动态电阻rd ：反映 了二极管正向特性曲线
斜率的倒数。在二极管 工作点附近, 电压的微
变值ΔＵ与相应的微变 电流值ΔＩ之比为rd, 即
（6）正向r压d 降UUI f：在规 定的正向电流下，二极
管的正向压降，硅管约 0.6~0.8V; 锗管约 0.1~0.3V。
求动态电阻
1.2.4 二极管的等效电路
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。 代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
1.2.5 稳压二极管
一定的，故Is基本－ 上与－ 外－加 －
++ ++
IR
反压的大小无关，所以称 内电场 E
为反向饱和电流。但Is与温
度有关。
EW
R
PN结加正向电压时，具有较大的正向 扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
1.PN结外加正向电压时处于导通状态
加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区
外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
五、PN结的电容效应
1.势垒电容Cb
当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应
地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化 ，就像电容充放电一样。
P 空间电荷区 N
－－
++
－－
++
－－ ++
EW
R
2.扩散电容Cd
PN结处于平衡状态时的少子数称为平衡少子。当外加正向 电压一定时，靠近耗尽层交界面的地方非平衡少子的浓度 高，而远离交界面的地方浓度低，形成一定的浓度梯度， 从而形成扩散电流。在扩散区内，电荷的积累和释放过程 与电容器充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd。 结论：PN结具有电容效应，其总电容即结电容。
这种杂质半导体中自由电子的浓度 大于空穴的浓度，故称自由电子为 多数载流子，空穴为少数载流子。
由于杂质原子可以提供电子， 故称之为施主原子。
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
二、P型半导体
在纯净的硅体中掺入3价 元素（如硼），使之取代 晶格中硅原子的位置，就 形成P型半导体。
由于杂质原子的最 外层有3个价电子，所 以当它们与周围的硅原 子形成共价键时，就产 生了一个空穴。因此， P型半导体中，空穴为 多子，自由电子为少子。
极间电容（结电容） 电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
1.2半导体二极管
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，简称二极管。由P区引出 的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
P
N
符号
+
-
阳极
阴极
1.2.1半导体二极管的几种常见结构
本节将介绍二极管的结构、特性、主要参 数及特殊二极管的功能。
1、点接触型二极管
正 极引 线
金 属触 丝
PN结面积小，结电容小， 通过信号频率高适用于高 频电路和小功率电路
负 极引 线
外壳
N型 锗
2、 面接触型二极管
正 极引 线
PN结结面积大，流 过的电流较大 ，通过 信号频率低，适用于工 频大电流整流电路。
物质总是从浓度高的地方向 浓度低的地方运动，这种由 于浓度差而产生的运动称为 扩散运动（多子）。
内电场E
P型半导空体 间电荷区N型半导体
－ －－－ ++ ++
由于扩散到P区的自由电子与 空穴复合，而扩散到N区的空
－－－
穴与自由电子复合，所以在
交界面附近多子的浓度下降， P区出现负离子，N区出现正
离子，他们是不能移动的，
1.2.3二极管的主要参数
为了描述二极管的性能，常引用以下几个主要参数： （1）最大整流电流IF ： IF是二极管长期运行时允许通过的最大
正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关，若 超过此值，则将因温升过高而烧坏。 （2）最高反向工作电压UR ： UR是二极管工作时允许外加的最大 反向电压，超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通 常UR为击穿电压的一半。 （3）反向电流IR： IR是二极管未击穿时的反向电流。 IR愈小， 二极管的单向导电性愈好。 （4）最高工作频率fM： fM是二极管工作的上限频率。超过此值 时，二极管将不能很好地体现单向导电性。
在绝对温度T=0K时，
+4
+4 +4
所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不
会成为自由电子，因此本
+4
+4 +4
征半导体的导电能力很弱
共价键
，接近绝缘体。
三、本征半导体中的两种载流子
当温度升高或受到
+4
+4 +4
光的照射时，束缚
电子能量增高，有
的电子可以挣脱原
+4
+4 +4
子核的束缚，而参 与导电，成为自由
三、PN结的电流方程
理论分析证明，流过PN结的电流i与外加电压u之间的 关系为
qu
i Is (e kT 1)
式中，I s为反向饱和电流，q为电子的电量，k为玻耳兹曼常 数，T为热力学温度。将式中的kT/q用UT取代，则得
u
i Is (eUT 1)
在T=300K(室温)时， UT =26mV。
生的电子空穴对越多。
自由电子在运动的过程中如
+4
+4 +4
空穴
自由电子
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。
在一定温度下，本征激发
和复合同时进行，达到动
+4
+4
+4
态平衡。电子空穴对的浓
这一现象称为本征激发，也称热激发。 度一定。pi = ni=常数
硅：1.43 1010
空穴
自由电子
电子。 自由电子产生的
+4
+4 +4
同时，在其原来的共
价键中就出现了一个
自由电子和空穴数目相等
空位，称为空穴。
运载电荷的粒子称为载流子。
本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半
导体的特殊性质。
四、本征半导体中的载流子的浓度
可见本征激发同时产生
+4
+4
+4
电子空穴对。 外加能量 越高（温度越高），产
2、雪崩击穿
在掺杂浓度较低的PN结中，当外加反向电压 时，耗尽区较宽，少子漂移通过耗尽区时被加速， 动能增大。当反向电压大到一定值时，在耗尽区 内被加速而获得高能的少子，会与价电子相碰撞， 将其撞出共价键，产生电子—空穴对。新产生的 电子、空穴被强电场加速后，又会撞出新的电子， 载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增加，这种 击穿称为雪崩击穿。 注：无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可 能造成PN结的永久性损坏。
例：
R 1kΩ E 10V
D—非线性器件 RLC—线性器件
i
i
I
0
u
u
u
i IS (e UT 1)
u Ri
二极管的模型
二极管的V—A特性
i
0
u
导通压降
+
ui
-
串联电压源模型
i
u UD u UD
+
i
u
UD
UD
u
- UD
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管 0.3V。
理想二极管模型
P型 硅
铝 合金 小 球 N型 硅
底座 负 极引 线
3、 平面型二极管
正 极引 线
SiO2
用于集成电路制造工艺中。 PN结结面积可大可小，
用于高频整流和开关电路
P型 硅 N型 硅
负 极引 线
1.2.2二极管的伏安特性
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
1、 正向特性 i
u
V
mA
2、 反向特性
i u
V
uA
0 反向饱和电流
i
正偏 反偏
+
ui
-
u
二、二极管的微变等效电路
当二极管外加直流正向
偏置电压时，将有一直 流电流，曲线上反应该 电压和电流的点为Q点， 如图（a）中所标注。这 时，将二极管等效成一 个动态电阻，且
rd
uD iD
图b为二极管的微变等效电 路，在小功率二极管中 广泛应用。
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
常温300K时： 电子空穴对的浓度
cm3
锗：2.38 1013
cm3
1.1.2杂质半导体
通过扩散工艺，在本征半导体中掺入 少量合适的杂质元素，便可得到杂质半 导体。按掺入的杂质元素不同，可形成N 型半导体和P型半导体。
一、N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入5价元硅原子 素，使之取代晶格中硅原子的
+4
（5）动态电阻rd ：反映 了二极管正向特性曲线
斜率的倒数。在二极管 工作点附近, 电压的微
变值ΔＵ与相应的微变 电流值ΔＩ之比为rd, 即
（6）正向r压d 降UUI f：在规 定的正向电流下，二极
管的正向压降，硅管约 0.6~0.8V; 锗管约 0.1~0.3V。
求动态电阻
1.2.4 二极管的等效电路
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。 代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
1.2.5 稳压二极管
一定的，故Is基本－ 上与－ 外－加 －
++ ++
IR
反压的大小无关，所以称 内电场 E
为反向饱和电流。但Is与温
度有关。
EW
R
PN结加正向电压时，具有较大的正向 扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
1.PN结外加正向电压时处于导通状态
加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区
外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
五、PN结的电容效应
1.势垒电容Cb
当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应
地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化 ，就像电容充放电一样。
P 空间电荷区 N
－－
++
－－
++
－－ ++
EW
R
2.扩散电容Cd
PN结处于平衡状态时的少子数称为平衡少子。当外加正向 电压一定时，靠近耗尽层交界面的地方非平衡少子的浓度 高，而远离交界面的地方浓度低，形成一定的浓度梯度， 从而形成扩散电流。在扩散区内，电荷的积累和释放过程 与电容器充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd。 结论：PN结具有电容效应，其总电容即结电容。
这种杂质半导体中自由电子的浓度 大于空穴的浓度，故称自由电子为 多数载流子，空穴为少数载流子。
由于杂质原子可以提供电子， 故称之为施主原子。
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
二、P型半导体
在纯净的硅体中掺入3价 元素（如硼），使之取代 晶格中硅原子的位置，就 形成P型半导体。
由于杂质原子的最 外层有3个价电子，所 以当它们与周围的硅原 子形成共价键时，就产 生了一个空穴。因此， P型半导体中，空穴为 多子，自由电子为少子。