第一章半导体器件概要
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第一章--半导体器件讲解
输
RB 入
UEE
电 路
输 出
IE 电
路
共射极放大电路
2、三极管内部载流子的传输过程
a）发射区向基区注入电子，
形成发射极电流 iE
b）电子在基区中的扩散与复 IB
合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电
RB
子，形成集电极电流 iC
UBB
IC N RC
P UCC N
IE
另外，集电结的反偏也形成集电区中的少子空穴 和基区中的少子电子的漂移运动，产生反向饱和电流 ICBO。
1.3 半导体三极管
一、三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的PN结 构成的。在工作过程中，两种载流子（电 子和空穴）都参与导电，故又称为双极型 晶体管，简称晶体管或三极管。
两个PN结，把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以 是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和PNP型。
第一章 半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 PN结（半导体二极管） 1.3 半导体三极管
1.1 半导体基础知识
半导体器件是用半导体材料制成的电 子器件。常用的半导体器件有二极管、三 极管、场效应晶体管等。半导体器件是构 成各种电子电路最基本的元件。
一、半导体的导电特征
导体：金、银、铜铁、铝等容易传导电流的物质 绝缘体: 橡胶、木头、石英、陶瓷等几乎不传导电流的物质 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质， 如硅、锗、硒、砷化钾等。
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳 压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用 在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。
i/mA
8
4
半导体器件基础要点课件
变。
05 半导体器件应用与展望
半导体器件在电子设备中的应用
集成电路
01
半导体器件是集成电路的基础组成部分，用于实现各种逻辑功
能和电路控制。
数字逻辑门
02
半导体器件可以构成各种数字逻辑门，如与门、或门、非门等
，用于实现数字信号的处理和运算。
微处理器和存储器
03
微处理器和存储器是半导体器件的重要应用领域，用于实现计
详细描述
半导体器件可以分为分立器件和集成电路两大类。分立器件 包括二极管、晶体管等，它们主要用于信号放大、转换和控 制。集成电路是将多个器件集成到一个芯片上，实现更复杂 的功能，如运算、存储和处理等。
半导体器件的发展历程
总结词
半导体器件的发展经历了三个阶段，即晶体管的发明、集成电路的诞生和微电子技术的 飞速发展。
包括热导率、热膨胀系数等参数，影 响半导体的散热性能和可靠性。
光学性能
包括能带隙、光吸收系数、光电导率 等参数，影响半导体的光电转换性能 。
03 半导体器件工作原理
PN结的形成与特性
PN结的形成
在半导体中，通过掺杂形成P型和N型半导体，当P型和N型半导体接触时，由 于多数载流子的扩散作用，在接触面形成一个阻挡层，即PN结。
硅基MEMS器件的特点与优势
高度集成
硅基MEMS器件可以在微米尺 度上实现复杂的功能，具有极
高的集成度。
长寿命
硅基材料具有优异的机械性能 和化学稳定性，使得硅基 MEMS器件具有较长的使用寿 命。
低功耗
硅基MEMS器件的功耗较低， 适用于对能源效率要求较高的 应用场景。
可靠性高
硅基MEMS器件的结构简单， 可靠性高，不易出现故障。
05 半导体器件应用与展望
半导体器件在电子设备中的应用
集成电路
01
半导体器件是集成电路的基础组成部分，用于实现各种逻辑功
能和电路控制。
数字逻辑门
02
半导体器件可以构成各种数字逻辑门，如与门、或门、非门等
，用于实现数字信号的处理和运算。
微处理器和存储器
03
微处理器和存储器是半导体器件的重要应用领域，用于实现计
详细描述
半导体器件可以分为分立器件和集成电路两大类。分立器件 包括二极管、晶体管等，它们主要用于信号放大、转换和控 制。集成电路是将多个器件集成到一个芯片上，实现更复杂 的功能，如运算、存储和处理等。
半导体器件的发展历程
总结词
半导体器件的发展经历了三个阶段，即晶体管的发明、集成电路的诞生和微电子技术的 飞速发展。
包括热导率、热膨胀系数等参数，影 响半导体的散热性能和可靠性。
光学性能
包括能带隙、光吸收系数、光电导率 等参数，影响半导体的光电转换性能 。
03 半导体器件工作原理
PN结的形成与特性
PN结的形成
在半导体中，通过掺杂形成P型和N型半导体，当P型和N型半导体接触时，由 于多数载流子的扩散作用，在接触面形成一个阻挡层，即PN结。
硅基MEMS器件的特点与优势
高度集成
硅基MEMS器件可以在微米尺 度上实现复杂的功能，具有极
高的集成度。
长寿命
硅基材料具有优异的机械性能 和化学稳定性，使得硅基 MEMS器件具有较长的使用寿 命。
低功耗
硅基MEMS器件的功耗较低， 适用于对能源效率要求较高的 应用场景。
可靠性高
硅基MEMS器件的结构简单， 可靠性高，不易出现故障。
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例，用万用 表测试 C、E 间的阻值，阻值 越大，表示 ICEO 越小。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1．片状三极管的封装 小功率三极管：额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管，一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
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21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
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22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
第一章 半导体器件
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
第一章 半导体器件
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三、杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半导体
势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时， 就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出 的电容是势垒电容CT。 扩散电容：为了形成正向电流 （扩散电流），注入P 区的少子 （电子）在P 区有浓度差，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。正向电流大，积累的电荷 多。这样所产生的电容就是扩散 电容CD。
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1.1.2 杂质半导体
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）。
第一章 半导体器件 内电场越强，就使漂移
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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E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
第1章 半导体器件
1.1 PN结
半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。半导体器件是构成各种电子电路最基 本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素。
1．热激发产生自由电子和空穴 每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间 通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共 用一对电子。 室温下，少数价电子挣脱共价键的束缚成 为自由电子，在共价键中留下一个空位这个空 位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子， 就好象空穴带正电荷一样。
两个PN结把半导体分成三个区域。这三个区 域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此， 三极管有两种类型：NPN型和PNP型。
C 集电结 N P N E 集电区 基区 B 发射区 E C
NPN型
B 发射结
C 集电结 P N P E 集电区 基区 B 发射区 E C
PNP型
B 发射结
正箭 向头 电方 压向 时表 的示 电发 流射 方结 向加
1.4.2
电流放大作用
（1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏 （2）内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入多子，形成发射极电流 iE b）多子在基区中扩散与复合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的多子，形成集电极电 流 iC
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
阳极 阴极
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二 极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。 稳压管的稳压作用：电流增量很大，电压变 化很小。
稳压管的主要参数： （1）稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压 （ 2）稳定电流 IZ。工作电压等于稳定电压时的 电流。
半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。半导体器件是构成各种电子电路最基 本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素。
1．热激发产生自由电子和空穴 每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间 通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共 用一对电子。 室温下，少数价电子挣脱共价键的束缚成 为自由电子，在共价键中留下一个空位这个空 位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子， 就好象空穴带正电荷一样。
两个PN结把半导体分成三个区域。这三个区 域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此， 三极管有两种类型：NPN型和PNP型。
C 集电结 N P N E 集电区 基区 B 发射区 E C
NPN型
B 发射结
C 集电结 P N P E 集电区 基区 B 发射区 E C
PNP型
B 发射结
正箭 向头 电方 压向 时表 的示 电发 流射 方结 向加
1.4.2
电流放大作用
（1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏 （2）内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入多子，形成发射极电流 iE b）多子在基区中扩散与复合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的多子，形成集电极电 流 iC
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
阳极 阴极
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二 极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。 稳压管的稳压作用：电流增量很大，电压变 化很小。
稳压管的主要参数： （1）稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压 （ 2）稳定电流 IZ。工作电压等于稳定电压时的 电流。
第01章半导体器件的基础知识(精)
第01章半导体器件的基础知识1.1 半导体物理学概述1.1.1 半导体的定义半导体是指在温度为室温时，其导电性介于金属和非金属之间的材料。
室温下，半导体的导电性比金属低很多，但比非金属高很多。
1.1.2 能带模型能带模型是用来解释半导体电学性质的重要物理模型之一。
在能带模型中，半导体的能量带分为导带和价带。
导带的电子能量高，而价带的电子能量低，两个带之间有一条禁带（也称带隙），禁带内无可利用的电子。
1.1.3 杂质的作用在半导体中加入适量的杂质后，可以改变半导体的电学性质，如电导率、电子迁移率和载流子浓度等。
常用的杂质有掺杂剂和杂质氧化物等。
1.2 半导体器件的分类根据半导体器件的功能、工作原理和结构等不同属性，可以将其分为多种类型，其中常用的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、集成电路、发光二极管等。
1.2.1 二极管二极管是一种最简单的半导体器件，主要由P型半导体和N型半导体组成。
二极管的主要特点是只允许电流单向通过，具有整流、波形削减和电压稳定等特性，广泛应用于扫描电视机、颜色电视机、发光二极管等电子产品中。
1.2.2 晶体管晶体管是一种三层结构的半导体器件，由三种掺杂纯度不同的半导体材料组成：P型、N型和净掺杂型半导体。
晶体管主要有三种工作方式：放大、开关和振荡。
1.2.3 场效应管场效应管也称为MOS晶体管，是一种用于放大和开关的半导体器件。
场效应管是一种具有电容储能功能的半导体器件，由源、栅、漏三个电极组成，它的主要特点是具有高输入阻抗和良好的线性增益。
1.2.4 集成电路集成电路是一种将多个电子元件整合在单片半导体上的器件，其中包含大量的晶体管、二极管、电阻和电容等。
集成电路广泛应用于计算机、通信、汽车和家电等领域，对提高电路的性能、简化电路结构和减小体积有重要作用。
1.2.5 发光二极管发光二极管是一种具有半导体特性的器件，它能够在一定的外加电压下，将电能转换为光能，并向外辐射光线。
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。
半导体器件
第1章 基本半导体器件
空穴运动
a b c
2019年11月12日星期二
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本征半导体小结
第1章 基本半导体器件
* 本征半导体有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电 荷的空穴。 * 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴 又可能重新结合而成对消失，称为复合。 •在一定温度下本征半导体的自由电子和空穴维持一定的浓 度，导电能力很弱。 外加能量越高 （温度越高），产生的电子空穴对越多。本 征半导体导电性取决于：温度和光照！ 温度、光照↗ →导电性↗ (与金属的区别)
产生内电场 阻止
促使
少子漂移
P区
N区
＋ ＋＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋
载流子的扩散运动
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
2019年11月12日星期二
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PN结的单向导电性
第1章 基本半导体器件
① 外加正向电压（也叫正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大
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5. 二极管的应用
第1章 基本半导体器件
二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
例1：二极管半波整流
ui
ui
RL
uo
t
uo t
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第1章 基本半导体器件
二极管的单向导电性应用电路：整流、检波、限幅、钳位等。 例2 限幅电路，设二极管为理想器件。分析输出波形。
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
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……
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)。
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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
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向
扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向 漂移电流。
内电场
P
++ N
++
++
P
++ N
++
++
因 浓 度 差
多子产 生扩散 运动
(PN)
形成空 间电荷
区 (NP)
形成内 电场
(NP)
动态 平衡
动画1-3 PN节的形成
阻止多 子扩散
促使少子漂移
（ NP）
２ PN结的特性——单向导电性
当外加电压时，PN结就会显示单向导电性
规定：P区接电源正，N区接电源负为PN结加正向电压 N区接电源正，P区接电源负为PN结加反向电压
返回目录
1.1 半导体基础知识 1.2半导体二极管 1.3 双极型三极管
1.4 场效应管
返回 首页
1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体的导电特性 1.1.2 半导体的种类及其内部结构 1.1.3 PN结
返回
返回 1.1.1 半导体的导电特性
1、热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成 热电传感器
一些典型的数据如下:
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
返回
1 PN结的形成
1.1.3 PN结
在一块本征半导体在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。此时将在N型 半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
掺杂磷产生的 空穴
Si
B
Si
Si
Si
Si
•掺杂硼产生的空穴数>>热激发产生的空穴数
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为P型半导体的少数载流子，空穴为P型半导 体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
共价键结构— 每个价电子为 两个相邻原子 核所共有。
SiLeabharlann SiSiSi
Si
Si
本征激发——价电子获得一定的能
量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现 象叫本征激发。
空穴:留下的空位
Si
Si
Si
Si
Si
Si
本征半导体的特点 自由电子数=空穴数 自由电子和空穴统称为载流子
自由电子——当 温度升高时，一 些价电子获得一 定的能量后，挣 脱共价键的束缚， 成为自由电子。
2、光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光 敏元件。
3、掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量
杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几 百万倍）
1.1.2 半导体的种类及其内部结构： 1. 种类
半导体
本征半导体 杂质半导体
P型半导体(空穴型） N型半导体（电子型）
单向导电性：PN结加正向电压时，导通。
PN结加反向电压时，截止。
P
++ N
++
++
(1)PN结加正向电压时的导电情况 动画1-4 PN结
PN结加正向电压时
正偏
，外加的正向电压有一
部分降落在PN结区，方
内电场
向与PN结内电场方向相
反，削弱了内电场。于
是,内电场对多子扩散运
动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大
他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。
本征半导体中电流的大小取决 于自由电子和空穴的数量，数量 越多，电流越大。即本征半导体 的导电能力与载流子的数量有关， 而当光照和加热时，载流子的数 量都会增加，这就说明了光敏性 和热敏性。
动画1-1本征半导体中的自由电子和空穴
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
常用半导体材料硅和锗的原子结构
价电子：最外层的电子受原子核的束缚最 小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素， 半导体材料硅和锗都是四价元素。
Si+14 2 8 4
Ge+32 2 8 18 4
2. 半导体的内部结构及导电方式：
l 内部结构：
本征半导体——对半导体提纯，使之成为单 晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。 晶体管就是由此而来的。
外电场
于漂移电流，可忽略漂
移电流的影响，PN结呈
现低阻性。其理想模型
：开关闭合
(2) PN结加反向电压时的导电情况 PN结加反向电压时
动画1-5 PN结反偏
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与
PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子
扩散运动的阻碍增强， 扩散电流大大减小。此时
内电场
N型半导体（电子型半导体）
——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,也称电子 型半导体。
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
共价健中的价 电子在外电场
l 导电方式
的力的作用下
在半导体上加电场时
挣脱共价键的
束缚，沿与外 电场方向相反
空穴电流
电子电流
方向填补空穴，
外电场
就好像空穴沿
与外电场方向
Si
Si
Si
相同的方向作
定向运动，形
Si
Si
Si
成电流，这个
电流称为空穴
电流。 所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，
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（简称多子）， 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。
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
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
图01.07 PN结加正向电压 时的导电情况
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向
扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向 漂移电流。
内电场
P
++ N
++
++
P
++ N
++
++
因 浓 度 差
多子产 生扩散 运动
(PN)
形成空 间电荷
区 (NP)
形成内 电场
(NP)
动态 平衡
动画1-3 PN节的形成
阻止多 子扩散
促使少子漂移
（ NP）
２ PN结的特性——单向导电性
当外加电压时，PN结就会显示单向导电性
规定：P区接电源正，N区接电源负为PN结加正向电压 N区接电源正，P区接电源负为PN结加反向电压
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1.1 半导体基础知识 1.2半导体二极管 1.3 双极型三极管
1.4 场效应管
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1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体的导电特性 1.1.2 半导体的种类及其内部结构 1.1.3 PN结
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返回 1.1.1 半导体的导电特性
1、热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成 热电传感器
一些典型的数据如下:
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
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1 PN结的形成
1.1.3 PN结
在一块本征半导体在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。此时将在N型 半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
掺杂磷产生的 空穴
Si
B
Si
Si
Si
Si
•掺杂硼产生的空穴数>>热激发产生的空穴数
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为P型半导体的少数载流子，空穴为P型半导 体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
共价键结构— 每个价电子为 两个相邻原子 核所共有。
SiLeabharlann SiSiSi
Si
Si
本征激发——价电子获得一定的能
量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现 象叫本征激发。
空穴:留下的空位
Si
Si
Si
Si
Si
Si
本征半导体的特点 自由电子数=空穴数 自由电子和空穴统称为载流子
自由电子——当 温度升高时，一 些价电子获得一 定的能量后，挣 脱共价键的束缚， 成为自由电子。
2、光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光 敏元件。
3、掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量
杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几 百万倍）
1.1.2 半导体的种类及其内部结构： 1. 种类
半导体
本征半导体 杂质半导体
P型半导体(空穴型） N型半导体（电子型）
单向导电性：PN结加正向电压时，导通。
PN结加反向电压时，截止。
P
++ N
++
++
(1)PN结加正向电压时的导电情况 动画1-4 PN结
PN结加正向电压时
正偏
，外加的正向电压有一
部分降落在PN结区，方
内电场
向与PN结内电场方向相
反，削弱了内电场。于
是,内电场对多子扩散运
动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大
他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。
本征半导体中电流的大小取决 于自由电子和空穴的数量，数量 越多，电流越大。即本征半导体 的导电能力与载流子的数量有关， 而当光照和加热时，载流子的数 量都会增加，这就说明了光敏性 和热敏性。
动画1-1本征半导体中的自由电子和空穴
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
常用半导体材料硅和锗的原子结构
价电子：最外层的电子受原子核的束缚最 小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素， 半导体材料硅和锗都是四价元素。
Si+14 2 8 4
Ge+32 2 8 18 4
2. 半导体的内部结构及导电方式：
l 内部结构：
本征半导体——对半导体提纯，使之成为单 晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。 晶体管就是由此而来的。
外电场
于漂移电流，可忽略漂
移电流的影响，PN结呈
现低阻性。其理想模型
：开关闭合
(2) PN结加反向电压时的导电情况 PN结加反向电压时
动画1-5 PN结反偏
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与
PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子
扩散运动的阻碍增强， 扩散电流大大减小。此时
内电场
N型半导体（电子型半导体）
——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,也称电子 型半导体。
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
共价健中的价 电子在外电场
l 导电方式
的力的作用下
在半导体上加电场时
挣脱共价键的
束缚，沿与外 电场方向相反
空穴电流
电子电流
方向填补空穴，
外电场
就好像空穴沿
与外电场方向
Si
Si
Si
相同的方向作
定向运动，形
Si
Si
Si
成电流，这个
电流称为空穴
电流。 所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，
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（简称多子）， 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。
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
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。