第1章双极型半导体器件优秀课件
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第1章双极型半导体
例1.1 电路如图所示，已知 ui ＝6sin t V， E = 3 V，画出 uo 的波形（设 VD 为理想二极管）。
＋
VD
R
ui
－
＋ uR －
＋ uo
6
ui/V
3 O
E
－
uo/V 3 O
t
解： (1) ui＜3 V 时 VD 导通: uo = ui (2) ui＞3 V 时 VD 截止: uo = E
电工教研室 制作
大连交通大学电气信息学院
1.1 半导体的基础知识
二、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。 掺入五价的杂质元素： 自由电子的浓度 空穴的浓度。 自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 称这种杂质半导体为 N 型半导体。 掺入三价的杂质元素： 自由电子的浓度 空穴的浓度。 空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。 称这种杂质半导体为 P 型半导体。
价电子参与导电 掺杂增强导电能力 热敏特性 光敏特性
一、本征半导体
1. 什么是本征半导体 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 常用的半导体：硅、锗、砷化镓等。
电工教研室 制作 大连交通大学电气信息学院
1.1 半导体的基础知识
1. 本征半导体的共价键结构
+4 +4 +4
+
硅原子（Si）
+4
+4
大连交通大学电气信息学院
1.2 半导体二极管
2. 伏安特性的近似处理 (1) 理想模型 正向偏置（导通）时 ： ID UD = 0，RD = 0。 反向偏置（截止）时： O UD ID = 0，RD→∞。 (2) 近似模型
第1章-半导体器件基础
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡， I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻： 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）电压温度系数U（%/℃）
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
第1章半导体器件
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
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
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
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）， 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。
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
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
中职教育-电子技术与数字电路(北大第二版)课件：1.3 双极型晶体管.ppt
基区与发射区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之 间的PN结称为集电结。
晶体管符号中的箭头表示管内正向电流的方向。箭头 指向管外的为NPN管，箭头指向管内的为PNP管。
图1.21 晶体管结构示意图和图形符号
晶体管的结构在工艺上具有以下特点： （1）发射区进行重掺杂，以便于产生较多的载流子； （2）基区很薄且掺杂浓度低，有利于发射区载流子穿过
图1.25 晶体管输入特性曲线
从理论上说，对应于不同的UCE值，可做出一簇IB-UBE 关系曲线，但实际上，当UCE≥1V以后，集电结已反向 偏置，并且内电场已足够强，而基区又很薄，可以把从 发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。此 时，只要UBE保持不变，即使UCE增加，IB也不会再有明 显的减小。
如图1.22所示为NPN型晶体管的电源接法:UBB是基极 电源，其极性使发射结处于正向偏置；UCC是集电极 电源，其极性使集电结处于反向偏置。
图1.22给出了晶体管内部载流子的运动情况以及各电 极电流分配示意图。
图1.22 晶体管内部载流子运动情况及电流分配示意图
1. 晶体管内部载流子的运动情况
基区到达集电区； （3）集电区轻掺杂，但面积大，以保证尽可能多地收集
到从发射区发出的载流子。
正是由于晶体管结构的上述特点，才使它产生了电流 控制和放大作用。
1.3.2 晶体管的电流控制作用
对信号进行放大是模拟电路的基本功能之一。晶体管 是放大电路的核心器件。
晶体管结构上的特点决定了它的电流放大作用的内部 条件，为了实现电流放大，还必须具备一定的外部条 件，这就是要使它的发射结处于正向偏置，集电结处 于反向偏置。
（3） 集电区收集电子
由于集电结反向偏置，它有利于该PN结两边半导体中 少子的运动（漂移运动），而对多子的扩散运动起阻 挡作用，即阻挡集电区的自由电子向基区扩散，但可 以将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的自由电 子拉入集电区，从而形成电流ICE，ICE是集电极电流 IC的主要成分。
晶体管符号中的箭头表示管内正向电流的方向。箭头 指向管外的为NPN管，箭头指向管内的为PNP管。
图1.21 晶体管结构示意图和图形符号
晶体管的结构在工艺上具有以下特点： （1）发射区进行重掺杂，以便于产生较多的载流子； （2）基区很薄且掺杂浓度低，有利于发射区载流子穿过
图1.25 晶体管输入特性曲线
从理论上说，对应于不同的UCE值，可做出一簇IB-UBE 关系曲线，但实际上，当UCE≥1V以后，集电结已反向 偏置，并且内电场已足够强，而基区又很薄，可以把从 发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。此 时，只要UBE保持不变，即使UCE增加，IB也不会再有明 显的减小。
如图1.22所示为NPN型晶体管的电源接法:UBB是基极 电源，其极性使发射结处于正向偏置；UCC是集电极 电源，其极性使集电结处于反向偏置。
图1.22给出了晶体管内部载流子的运动情况以及各电 极电流分配示意图。
图1.22 晶体管内部载流子运动情况及电流分配示意图
1. 晶体管内部载流子的运动情况
基区到达集电区； （3）集电区轻掺杂，但面积大，以保证尽可能多地收集
到从发射区发出的载流子。
正是由于晶体管结构的上述特点，才使它产生了电流 控制和放大作用。
1.3.2 晶体管的电流控制作用
对信号进行放大是模拟电路的基本功能之一。晶体管 是放大电路的核心器件。
晶体管结构上的特点决定了它的电流放大作用的内部 条件，为了实现电流放大，还必须具备一定的外部条 件，这就是要使它的发射结处于正向偏置，集电结处 于反向偏置。
（3） 集电区收集电子
由于集电结反向偏置，它有利于该PN结两边半导体中 少子的运动（漂移运动），而对多子的扩散运动起阻 挡作用，即阻挡集电区的自由电子向基区扩散，但可 以将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的自由电 子拉入集电区，从而形成电流ICE，ICE是集电极电流 IC的主要成分。
电子技术基础第1章双极型半导体器件g
在PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，形成 光生电子—空穴对，在外电场的作用下形成光生电流
D UD
D RL ED
IP 注意：应在反压状态工作 UD= -IPRL
Chap
2. 发光二极管
定义： 将电能转换成光能的特殊半导体器件，
当管子加正向电压时，在正向电流激发 下，管子发光，属电致发光
常用驱动电路： 直流驱动电路
Chap
3. 二极管特性的折线近似及模型
ID
ID
O
UD
O UD
UD
UD
(a) 开关模型
(b) 固定正向压降模型
二极管的低频模型: • 开关模型主要用于低频大信号电路之中，
• 固定正向电压降模型，主要用于低频小信号电路， • 折线化模型，既考虑正向压降，又考虑动态电阻rd。
二极管的高频模型:
• 将结电容与rd并联。
第1章 双极性半导体器件
成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 2019
Chap
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构
物质按其导电能力的强弱分类： 导体——容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体——几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。
dI
I
实质是特性曲线静态工作点处的斜率
晶体二极管的正向交流电阻可由PN
结电流方程求出： IISeUUT
由此可得：
交流电导： g=dI/dU=I/nUT 交流电阻：r=1/g= nUT/I 若n=1,室温下：UT=26mv 交流电阻：r=26mv/ ID(mA)
D UD
D RL ED
IP 注意：应在反压状态工作 UD= -IPRL
Chap
2. 发光二极管
定义： 将电能转换成光能的特殊半导体器件，
当管子加正向电压时，在正向电流激发 下，管子发光，属电致发光
常用驱动电路： 直流驱动电路
Chap
3. 二极管特性的折线近似及模型
ID
ID
O
UD
O UD
UD
UD
(a) 开关模型
(b) 固定正向压降模型
二极管的低频模型: • 开关模型主要用于低频大信号电路之中，
• 固定正向电压降模型，主要用于低频小信号电路， • 折线化模型，既考虑正向压降，又考虑动态电阻rd。
二极管的高频模型:
• 将结电容与rd并联。
第1章 双极性半导体器件
成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 2019
Chap
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构
物质按其导电能力的强弱分类： 导体——容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体——几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。
dI
I
实质是特性曲线静态工作点处的斜率
晶体二极管的正向交流电阻可由PN
结电流方程求出： IISeUUT
由此可得：
交流电导： g=dI/dU=I/nUT 交流电阻：r=1/g= nUT/I 若n=1,室温下：UT=26mv 交流电阻：r=26mv/ ID(mA)
《双极型晶体管》课件
作。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
第一章常用半导体器件 (2)
Cb
• d
S
式中ε是介质常数，S是PN结的面积，d是PN结的宽度。
❖ 扩散电容Cd
Cd是PN结正向电压变化时， 多数载流子在扩散过程中积累 引起的。反向偏置时，以扩散 电容Cd为主。
PN结正偏时，多数载流子扩 散到对方成为对方区域中的“少 子” (称为“非平衡少子”）这 些少子在正偏电压变化时，也有 堆积与泄放的过程。
＋4
＋4
＋4
电流是电子电流和空穴电流之和，
(而导体只有自由电子导电)。
图 1.1.2 电子-空穴对的产生和空穴的移动
在本征半导体中不断地进行着激发与复合 两种相反的过程， 当温度一定时， 两种状态 达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对， 与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为 动态平衡状态（热平衡）。 半导体中自由 电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载 流子的数目）ni和pi来表示。处于热平衡状态 下的本征半导体，其载流子的浓度是一定的， 并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
有关半导体的基本概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
§ 1.1 半导体基础知识
自然界的物质按其导电能力可分为导体、半导 体和绝缘体三类。常用的半导体材料有硅（Si）和 锗（Ge）。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。
1.2.4. 二极管的等效电路
(a)理想二极管
(b)正向导通时端电压为常量 (c)正向导通时端电压与电流成线性关系
图１．２．４由伏安特性折线化得到的等效电路
《双极型晶体管》课件
双极型晶体管的种类
种类
根据结构和工作原理的不同，双极型晶体管可分为NPN型和 PNP型两大类，每种类型又有多种不同的器件结构和用途。
应用领域
双极型晶体管广泛应用于电子设备、通信、计算机、家电等 领域，作为信号放大、开关、稳压、震荡等电路的核心元件 。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
基极电流（Ib）
封装与测试
封装形式
双极型晶体管有多种封装形式，如TO-92 、TO-220等，根据应用需求选择合适的 封装形式。
VS
测试方法
对双极型晶体管进行电气性能测试，如电 流放大倍数、集电极电阻等，以确保其性 能符合要求。
05
双极型晶体管的展望
新材料的应用
硅基材料
继续优化硅基双极型晶体管性能，探索更高 频率、更高功率密度和更低噪声的晶体管。
01
导通状态
当基极输入足够大的电流时，晶体 管进入饱和导通状态。
开关速度
晶体管在导通和关断状态之间切换 的速度。
03
02
关断状态
当基极输入负偏置电压或无电流时 ，晶体管处于截止状态。
延迟时间
从基极输入信号到晶体管完全导通 所需的时间。
04
03
双极型晶体管的应用
放大器
总结词
双极型晶体管具有电流放大作用，是放大器中的核心元件。
工作原理
双极型晶体管利用电子和空穴两种载 流子参与导电，通过控制基极电流来 调节集电极和发射极之间的电流，实 现信号放大、开关等作用。
双极型晶体管的结构
结构
双极型晶体管由半导体材料制成，通 常采用NPN或PNP结构，由三个区域 （基区、集电区和发射区）和三个电 极组成。
《双极型三极管》课件
工作原理
双极型三极管利用基极电流的控 制作用，实现集电极电流的放大 ，同时通过发射极实现电流的输 出或输入。
结构与类型
结构
双极型三极管由三个半导体区域构成 ，分别是发射区、基区和集电区，各 区域之间由相应的电极相连。
类型
根据结构特点和应用需求，双极型三 极管可分为NPN型和PNP型两类。
特点与用途
信号处理等多种功能。
双极型三极管与集成电路的集成
03
将双极型三极管集成在集成电路中，提高电路的可靠性和稳定
性。
双极型三极管在物联网等新兴领域的应用前景
物联网传感器节点
利用双极型三极管的高灵敏度特性，作为传感器节点中的 信号放大和处理元件，实现物联网的智能化感知。
无线通信模块
利用双极型三极管的高频率特性和低噪声特性，作为无线 通信模块中的功率放大器和低噪声放大器，提高无线通信 的可靠性和稳定性。
特点
双极型三极管具有电流放大能力强、开关速度快、稳定性好等优点，但功耗较 大。
用途
双极型三极管广泛应用于模拟电路、数字电路、放大器、振荡器、开关电路等 领域。
02
双极型三极管的工作状态
放大状态
总结词
当双极型三极管处于放大状态时，其电流放大倍数较大，能够将输入信号放大并 输出。
详细描述
在放大状态下，双极型三极管工作在适度的正向偏置和反向偏置之间，其基极电 流控制集电极和发射极之间的电流，实现信号的放大。此时，三极管呈现出线性 放大特性，输入与输出信号之间保持一定的比例关系。
噪声参数
噪声系数NF
表示三极管在信号传输过程中引入的噪声量 ，是衡量三极管噪声性能的重要参数。
等效噪声电阻Rn
表示三极管内部噪声源的等效电阻，用于衡 量三极管内部噪声的大小。
双极型三极管利用基极电流的控 制作用，实现集电极电流的放大 ，同时通过发射极实现电流的输 出或输入。
结构与类型
结构
双极型三极管由三个半导体区域构成 ，分别是发射区、基区和集电区，各 区域之间由相应的电极相连。
类型
根据结构特点和应用需求，双极型三 极管可分为NPN型和PNP型两类。
特点与用途
信号处理等多种功能。
双极型三极管与集成电路的集成
03
将双极型三极管集成在集成电路中，提高电路的可靠性和稳定
性。
双极型三极管在物联网等新兴领域的应用前景
物联网传感器节点
利用双极型三极管的高灵敏度特性，作为传感器节点中的 信号放大和处理元件，实现物联网的智能化感知。
无线通信模块
利用双极型三极管的高频率特性和低噪声特性，作为无线 通信模块中的功率放大器和低噪声放大器，提高无线通信 的可靠性和稳定性。
特点
双极型三极管具有电流放大能力强、开关速度快、稳定性好等优点，但功耗较 大。
用途
双极型三极管广泛应用于模拟电路、数字电路、放大器、振荡器、开关电路等 领域。
02
双极型三极管的工作状态
放大状态
总结词
当双极型三极管处于放大状态时，其电流放大倍数较大，能够将输入信号放大并 输出。
详细描述
在放大状态下，双极型三极管工作在适度的正向偏置和反向偏置之间，其基极电 流控制集电极和发射极之间的电流，实现信号的放大。此时，三极管呈现出线性 放大特性，输入与输出信号之间保持一定的比例关系。
噪声参数
噪声系数NF
表示三极管在信号传输过程中引入的噪声量 ，是衡量三极管噪声性能的重要参数。
等效噪声电阻Rn
表示三极管内部噪声源的等效电阻，用于衡 量三极管内部噪声的大小。
《双极型半导体器》课件
《双极型半导体器》PPT课 件
目 录
• 双极型半导体的基本概念 • 双极型半导体的制造工艺 • 双极型半导体的性能参数 • 双极型半导体的应用实例 • 双极型半导体的未来发展
01
双极型半导体的基本 概念
双极型半导体的定义
总结词
双极型半导体的基本概念
详细描述
双极型半导体是指半导体中自由电子和空穴两种载流子浓度明显不同的半导体 。在双极型半导体中，电子和空穴分别来自价带和导带，并在能级上发生跃迁 。
详细描述
双极型晶体管具有电流放大能力，可以将微弱的音频信号通 过电流放大，驱动扬声器发声。在音频放大器中，双极型晶 体管通常与电容、电阻等元件一起组成放大电路，实现对音 频信号的放大和音质优化。
电源电路
总结词
双极型半导体在电源电路中起到调节电压和 电流的作用，确保设备在各种工作状态下都 能稳定运行。
频率特性
总结词
描述双极型半导体在不同频率下的性能表现。
详细描述
双极型半导体的频率特性是其另一重要性能参数。随着频率的增加，双极型半导体的放大倍数和效率 会降低。这是由于随着频率的增加，载流子的迁移率降低，导致电流减小。因此，双极型半导体在高 频应用方面存在一定的局限性。
噪声特性
总结词
描述双极型半导体在信号传输过程中产 生的噪声水平。
详细描述
双极型晶体管在电源电路中作为开关元件使 用，可以通过控制基极电流来实现对集电极 电流的调节，进而实现对电压和电流的调节 。在电源电路中，双极型晶体管与其他元件 一起组成稳压、恒流等电路，为设备提供稳 定的电源供应。
数字逻辑电路
要点一
总结词
双极型半导体在数字逻辑电路中起到实现逻辑运算和信号 处理的作用，是计算机、数字通信等领域的基础元件。
目 录
• 双极型半导体的基本概念 • 双极型半导体的制造工艺 • 双极型半导体的性能参数 • 双极型半导体的应用实例 • 双极型半导体的未来发展
01
双极型半导体的基本 概念
双极型半导体的定义
总结词
双极型半导体的基本概念
详细描述
双极型半导体是指半导体中自由电子和空穴两种载流子浓度明显不同的半导体 。在双极型半导体中，电子和空穴分别来自价带和导带，并在能级上发生跃迁 。
详细描述
双极型晶体管具有电流放大能力，可以将微弱的音频信号通 过电流放大，驱动扬声器发声。在音频放大器中，双极型晶 体管通常与电容、电阻等元件一起组成放大电路，实现对音 频信号的放大和音质优化。
电源电路
总结词
双极型半导体在电源电路中起到调节电压和 电流的作用，确保设备在各种工作状态下都 能稳定运行。
频率特性
总结词
描述双极型半导体在不同频率下的性能表现。
详细描述
双极型半导体的频率特性是其另一重要性能参数。随着频率的增加，双极型半导体的放大倍数和效率 会降低。这是由于随着频率的增加，载流子的迁移率降低，导致电流减小。因此，双极型半导体在高 频应用方面存在一定的局限性。
噪声特性
总结词
描述双极型半导体在信号传输过程中产 生的噪声水平。
详细描述
双极型晶体管在电源电路中作为开关元件使 用，可以通过控制基极电流来实现对集电极 电流的调节，进而实现对电压和电流的调节 。在电源电路中，双极型晶体管与其他元件 一起组成稳压、恒流等电路，为设备提供稳 定的电源供应。
数字逻辑电路
要点一
总结词
双极型半导体在数字逻辑电路中起到实现逻辑运算和信号 处理的作用，是计算机、数字通信等领域的基础元件。
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由于绝大多数半导体的原子排列呈晶体结构，所以由半导体构成 的管件也称晶体管。
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2. 电子空穴对
自由电子: 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时， 价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为 本征激发，也称热激发。
空穴: 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出 现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性， 其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的 这个空位为空穴。 电子空穴对: 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成 对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可 能回到空穴中去，称为复合。 本征激发和复合在一定温 度下会达到动态平衡.
Is硅(nA)<Is锗(A)
硅管比锗管稳定
5.反向击穿电压UB:当反压增大UB时再增加，反向
激增，发生反向击穿，
1.2.3 半导体二极管的参数和模型
1.半导体二极管的参数:
最大整流电流IF、 反向击穿电压UBR、 最大反向工作电压URM、 反向电流IR、 最高工作频率fmax和结电容Cj。
T=300K（室温）时 VT= 26mV
• 当加正向电压时：
I ISevVT
• 当加反向电压时：
I IS
(v>>VT)
Sect
4. PN结的反向击穿
击穿可逆。 反向击穿二掺P极N杂管结浓容上度易反小发向的生电压达到某一数值，反向电流激增。
• 雪崩击穿击穿当可反逆向。电压增高时，少子获得能量高速运动， 掺杂在浓空度间大电的荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。 二极管形容成易连发锁生反应，象雪崩一样。使反向电流激增。
外电场与PN结内电场方向相同，增强内 电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强， 扩散电流大大减小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 PN结呈现高电阻。
内 外
内
Sect
3. PN结电流方程
由半导体物理可推出：IIS(evVT 1)
式中
Is 饱和电流; VT = kT/q 等效电压 k 波尔兹曼常数；
以空穴导电为主。
半导体的特性：
⑴光敏性和热敏性。 即半导体受到光照或热的辐射时， 其电阻率会发生很大的变化，导电能力将有明显的改善，利 用这一特性可制造光敏元件和热敏元件。
⑵掺杂特性。 即在纯净的半导体中掺入微量的其他 元素，半导体的导电能力将有明显的增加。
图1-3 N型半导体的结构示意图 图1-4 P型半导体的结构示意图
3. 空穴的移动
电子移动时是负电荷的移动，空穴移动时是正电荷的移动， 电子和空穴都能运载电荷，所以他们都称为载流子。
图1-1 本征激发和复合的过程
I
E
由电子移动形成的电流
自由电子移动方向 空穴移动方向
由空穴移动形成的电流
图1-2 半导体中电子和空穴在外电 场作用下的移动方向和形成的电流
1.1.2 杂质半导体
由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线
PN结电流方程为：
IIS(eUUT 1)
1.当加正向电压时
I ISeUUT
I 随U↑，呈指数规率↑
2.当加反向电压时
基本不变
I = - Is
3.门限电压:正向起始部分存在一个死区或门坎。
硅：Ur=0.6-0.7v; 锗：Ur=0.2-0.3v
4.加反向电压时，反向电流很小,即
空 间 电 荷 区 形 成 内 电 场 内 内 电 电 场 场 促 阻 使 止 少 多 子 子 漂 扩 移 散 达 到 动 态 平 衡
PN结的接触电位
内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位Vf 接触电位V决定于材料及掺杂浓度
锗： Vf =0.2～0.3V 硅： Vf =0.6～0.7V
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2 PN结的单向导电性
1.PN结加正向电压
外
P 区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；
外电场方向与PN结内电场方向相反，削 弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍 减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响。 PN结呈现低电阻。
2. PN结加反向电压
P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；
点接触型 用于检PN波结和面变积频大等，高用频电路
二极管按结构分 面接触型 往往于用工于频集大成电电流路制整造流工电艺路中。
平面型
PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
退出
半导体二极管的型号图片
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
1.2.2 二极管的伏安特性
伏安特性: 是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。
第1章双极型半导体器件
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构
物质按其导电能力的强弱分类： 导体——容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体——几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。
1.1.3 PN结及单向导电性
1 PN结
扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域运动。
PN结 P型半导体 空间电荷区 N型半导体
漂移运动 动态平衡
少子向对方运动，漂移运动产生漂移电流。 扩散电流=漂移电流，PN结内总电流为0。
PN 结
稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层，
内电场方向
浓 度 差 多 子 扩 散 杂 质 离 子 形 成 空 间 电 荷 区
• 齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电 子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。
不可逆击穿 — 热击穿 PN结的电流或电压较大，使PN 结耗散功率超过极限值，使结温 升高，导致PN结过热而烧毁。
Sect
1.2 半导体二极管
1.2.1 晶体二极管的结构类型
在PN结上加上引线和封装，就成P为N一结个面二积极小管，结电容小，
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
1. N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，பைடு நூலகம்如磷，可 形成 N型半导体,也称电子型半导体。
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟 等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
N型半导体的特点： 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，
以自由电子导电为主。 P型半导体的特点： 空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，
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2. 电子空穴对
自由电子: 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时， 价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为 本征激发，也称热激发。
空穴: 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出 现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性， 其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的 这个空位为空穴。 电子空穴对: 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成 对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可 能回到空穴中去，称为复合。 本征激发和复合在一定温 度下会达到动态平衡.
Is硅(nA)<Is锗(A)
硅管比锗管稳定
5.反向击穿电压UB:当反压增大UB时再增加，反向
激增，发生反向击穿，
1.2.3 半导体二极管的参数和模型
1.半导体二极管的参数:
最大整流电流IF、 反向击穿电压UBR、 最大反向工作电压URM、 反向电流IR、 最高工作频率fmax和结电容Cj。
T=300K（室温）时 VT= 26mV
• 当加正向电压时：
I ISevVT
• 当加反向电压时：
I IS
(v>>VT)
Sect
4. PN结的反向击穿
击穿可逆。 反向击穿二掺P极N杂管结浓容上度易反小发向的生电压达到某一数值，反向电流激增。
• 雪崩击穿击穿当可反逆向。电压增高时，少子获得能量高速运动， 掺杂在浓空度间大电的荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。 二极管形容成易连发锁生反应，象雪崩一样。使反向电流激增。
外电场与PN结内电场方向相同，增强内 电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强， 扩散电流大大减小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 PN结呈现高电阻。
内 外
内
Sect
3. PN结电流方程
由半导体物理可推出：IIS(evVT 1)
式中
Is 饱和电流; VT = kT/q 等效电压 k 波尔兹曼常数；
以空穴导电为主。
半导体的特性：
⑴光敏性和热敏性。 即半导体受到光照或热的辐射时， 其电阻率会发生很大的变化，导电能力将有明显的改善，利 用这一特性可制造光敏元件和热敏元件。
⑵掺杂特性。 即在纯净的半导体中掺入微量的其他 元素，半导体的导电能力将有明显的增加。
图1-3 N型半导体的结构示意图 图1-4 P型半导体的结构示意图
3. 空穴的移动
电子移动时是负电荷的移动，空穴移动时是正电荷的移动， 电子和空穴都能运载电荷，所以他们都称为载流子。
图1-1 本征激发和复合的过程
I
E
由电子移动形成的电流
自由电子移动方向 空穴移动方向
由空穴移动形成的电流
图1-2 半导体中电子和空穴在外电 场作用下的移动方向和形成的电流
1.1.2 杂质半导体
由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线
PN结电流方程为：
IIS(eUUT 1)
1.当加正向电压时
I ISeUUT
I 随U↑，呈指数规率↑
2.当加反向电压时
基本不变
I = - Is
3.门限电压:正向起始部分存在一个死区或门坎。
硅：Ur=0.6-0.7v; 锗：Ur=0.2-0.3v
4.加反向电压时，反向电流很小,即
空 间 电 荷 区 形 成 内 电 场 内 内 电 电 场 场 促 阻 使 止 少 多 子 子 漂 扩 移 散 达 到 动 态 平 衡
PN结的接触电位
内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位Vf 接触电位V决定于材料及掺杂浓度
锗： Vf =0.2～0.3V 硅： Vf =0.6～0.7V
退出
2 PN结的单向导电性
1.PN结加正向电压
外
P 区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；
外电场方向与PN结内电场方向相反，削 弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍 减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响。 PN结呈现低电阻。
2. PN结加反向电压
P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；
点接触型 用于检PN波结和面变积频大等，高用频电路
二极管按结构分 面接触型 往往于用工于频集大成电电流路制整造流工电艺路中。
平面型
PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
退出
半导体二极管的型号图片
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
1.2.2 二极管的伏安特性
伏安特性: 是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。
第1章双极型半导体器件
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构
物质按其导电能力的强弱分类： 导体——容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体——几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。
1.1.3 PN结及单向导电性
1 PN结
扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域运动。
PN结 P型半导体 空间电荷区 N型半导体
漂移运动 动态平衡
少子向对方运动，漂移运动产生漂移电流。 扩散电流=漂移电流，PN结内总电流为0。
PN 结
稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层，
内电场方向
浓 度 差 多 子 扩 散 杂 质 离 子 形 成 空 间 电 荷 区
• 齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电 子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。
不可逆击穿 — 热击穿 PN结的电流或电压较大，使PN 结耗散功率超过极限值，使结温 升高，导致PN结过热而烧毁。
Sect
1.2 半导体二极管
1.2.1 晶体二极管的结构类型
在PN结上加上引线和封装，就成P为N一结个面二积极小管，结电容小，
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
1. N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，பைடு நூலகம்如磷，可 形成 N型半导体,也称电子型半导体。
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟 等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
N型半导体的特点： 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，
以自由电子导电为主。 P型半导体的特点： 空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，