第14章 半导体器件
《半导体器件与工艺》课件
晶圆制备
切割
将大块单晶硅切割成小片，得到晶圆。
研磨
对晶圆表面进行研磨，以降低表面粗糙度。
抛光
通过化学和机械作用对晶圆表面进行抛光，使其 表面更加光滑。
薄膜沉积
物理气相沉积
通过物理方法将材料气化并沉积在晶圆表面，如真空 蒸发镀膜。
化学气相沉积
通过化学反应将材料沉积在晶圆表面，如金属有机化 学气相沉积。
有巨大的应用潜力。
制程技术进步
纳米尺度加工
随着制程技术的不断进步，半导体器件的特征尺寸不断缩小，目前已进入纳米尺度。纳米 尺度加工技术面临着诸多挑战，如表面效应、量子效应和隧穿效应等，需要不断探索新的 加工方法和材料体系。
异质集成技术
通过将不同材料、结构和工艺集成在同一芯片上，可以实现高性能、多功能和低成本的半 导体器件。异质集成技术需要解决材料之间的界面问题、应力问题和工艺兼容性问题等。
可靠性试验
对芯片进行各种环境条件下的可靠性试验，如温度循环、湿度、振动等。
失效分析
对失效的芯片进行失效分析，找出失效原因，以提高芯片的可靠性。
05 半导体工艺发展趋势与挑 战
新型材料的应用
01
硅基材料
作为传统的半导体材料，硅基材料在集成电路制造中仍占据主导地位。
随着技术的不断发展，硅基材料的纯度、结晶度和性能不断提升，为半
柔性电子技术
柔性电子技术是将电子器件制作在柔性基材上的技术，具有可弯曲、可折叠、可穿戴等优 点。柔性电子技术在智能终端、可穿戴设备、医疗健康等领域具有广泛的应用前景。
可靠性及成品率问题
可靠性问题
随着半导体器件的特征尺寸不断缩小，可靠 性问题日益突出。需要加强可靠性研究，建 立完善的可靠性评价体系，提高半导体器件 的长期稳定性。
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。
精选课件
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。
精选课件
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。
微纳电子器件-本科教学大纲
《微纳电子器件》本科课程教学大纲一、课程的教学目标与任务本课程所使用的教材，共15章，概括可分为三大部分。
第1～6章，半导体材料属性；第7～13章半导体器件基础；第14～15章，专用半导体器件。
（本书的第1～6章在前期课程中已经学习，留给学生自己复习；限于学时，第13-15章可不讲授，留学生参阅，不作具体要求）。
二、本课程与其它课程的联系前导课程：高等数学、模拟电路、量子力学、固体物理学。
后续课程：无。
三、课程内容及基本要求(一) pn结 ( 4学时)（1）PN结的基本结构；（2）零偏；（3）反偏；（4）非均匀掺杂PN结。
1.基本要求（1）掌握PN结的基本结构，掌握内建电势差与空间电荷区宽度；（2）掌握势垒电容与单边突变结，了解线性缓变结与超突变结。
2.重点、难点重点：PN结的基本结构、内建电势差、电场强度、空间电荷去宽度、势垒电容。
难点：pn结零偏、正偏、反偏能带图。
3.说明：限于学时，本章的第4节的相关内容可简单介绍。
（二）PN结二极管（8学时）（1）PN结电流；（2）PN结的小信号模型；（3）产生与复合电流；（4）结击穿；（5）电荷存储与二极管瞬态；（6）隧道二极管；1.基本要求（1）掌握PN结内电荷流动的定性描述，掌握扩散电阻与等效电路；（2）掌握反偏产生电流正偏复合电流；（3）了解结击穿的物理图像，了解关瞬态与开瞬态，了解隧道二极管的基本特征。
2.重点、难点重点：理想pn结电流电压关系、温度效应、短二极管、结击穿。
难点：少数载流子分布、pn结小信号模型、产生-复合电流。
3.说明：限于学时，本章的第5、6节的相关内容可简单介绍。
（三）金属半导体和半导体异质结（6学时）（1）肖特基势垒二极管；（2）金属半导体的欧姆接触；（3）异质结。
1.基本要求（1）掌握肖特基势垒二极管的工作原理，金属半导体的欧姆接触相关概念；（2）了解异质结的相关概念。
2.重点、难点重点：肖特基势垒二极管的特性、肖特基势垒二极管的特性与pn结二极管的区别。
半导体器件智慧树知到答案2024年西安邮电大学
半导体器件西安邮电大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.不属于化合物半导体的有（）。
A:砷化铝 B:磷化镓 C:锗 D:磷化铝答案:C2.硅单晶晶体结构为（）。
A:正四面体结构 B:面心结构 C:立方体结构 D:体心结构答案:D3.属于化合物半导体有（）。
A:氧化镓 B:砷化镓 C:氮化镓 D:硅答案:ABC4.Si是一种IV族元素半导体（四主族）。
（）A:对 B:错答案:A5.半导体材料一般分为三种类型：无定型、多晶和单晶。
（）A:对 B:错答案:A第二章测试1.以下关于半导体中电子有效质量的描述，不对的选项是（）。
A:有效质量反映了晶格周期性势场对电子的作用 B:通过回旋共振实验可以测出电子有效质量 C:有效质量具有质量的量纲 D:有效质量是一个常数答案:D2.杂质半导体中电子占据施主能级的几率可以直接套用费米分布函数来进行计算。
（）A:对 B:错答案:B3.在单晶硅中掺入少量（）杂质元素会形成N型半导体？A:硼 B:磷 C:锗 D:镓答案:B4.单晶硅表面态密度的实验值要比理论值高几个数量级。
（）A:对 B:错答案:B5.关于半导体表面态的描述，下列（）是错误的？A:慢态位于氧化层与空气界面上，与体内交换电子必须通过氧化层 B:空态时呈中性而电子占据后带负电的为施主型表面态 C:快态位于氧化层与空气界面上，与体内交换电子必须通过氧化层 D:空态时带正电而电子占据后呈中性的为施主型表面态答案:BC第三章测试1.以下关于PN结的描述，正确的的选项是（）。
A:平衡PN结，P区一侧的费米能级高于N区一侧的费米能级 B:PN结具有单向导电性 C:PN结加正向偏压时，外加电场的方向与自建电场方向相同D:PN结加反向偏压时，势垒区内载流子产生率大于复合率答案:BD2.对于金属和N型半导体紧密接触，当Wm>Ws时，在界面处形成阻挡层（）A:对 B:错答案:A3.对于单边突变结，正确的的选项是（）A:耗尽层宽度主要在轻掺杂一侧 B:内建电势主要降落在轻掺杂一侧 C:耗尽层宽度主要在重掺杂一侧 D:P区和N区两边的掺杂浓度有数量级的差别答案:ABD4.正偏PN结耗尽层边界处少子浓度随正偏电压增加而线性增加（）A:错 B:对答案:A5.对于单边突变结，提高雪崩击穿的方法有（）A:选用禁带宽度更大的半导体材料 B:选用禁带宽度较窄的半导体材料 C:增加轻掺杂一侧掺杂浓度 D:降低轻掺杂一侧掺杂浓度答案:AD6.以PN+结为例，下列哪项可以提高PN结开关速度（）A:增大P区少子的扩散长度 B:减小P区少子的寿命 C:提高串联电阻R D:降低正向电流答案:BD第四章测试1.双极晶体管的基区特点（）。
半导体器件的基本概念和应用有哪些
半导体器件的基本概念和应用有哪些一、半导体器件的基本概念1.半导体的定义：半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，常见的有硅、锗、砷化镓等。
2.半导体的导电原理：半导体中的载流子（电子和空穴）在外界条件（如温度、光照、杂质）的影响下，其浓度和移动性会发生变化，从而改变半导体的导电性能。
3.半导体器件的分类：根据半导体器件的工作原理和用途，可分为二极管、三极管、晶闸管、场效应晶体管等。
二、半导体器件的应用1.二极管：用于整流、调制、稳压、开关等电路，如电源整流器、数字逻辑电路、光敏器件等。
2.三极管：作为放大器和开关使用，如音频放大器、数字电路中的逻辑门等。
3.晶闸管：用于可控整流、交流调速、电路控制等，如电力电子设备、灯光调节等。
4.场效应晶体管：主要作为放大器和开关使用，如场效应晶体管放大器、数字逻辑电路等。
5.集成电路：由多个半导体器件组成的微型电子器件，用于实现复杂的电子电路功能，如微处理器、存储器、传感器等。
6.光电器件：利用半导体材料的光电效应，实现光信号与电信号的转换，如太阳能电池、光敏电阻等。
7.半导体存储器：用于存储信息，如随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）等。
8.半导体传感器：将各种物理量（如温度、压力、光照等）转换为电信号，用于检测和控制，如温度传感器、光敏传感器等。
9.半导体通信器件：用于实现无线通信功能，如晶体振荡器、射频放大器等。
10.半导体器件在计算机、通信、家电、工业控制等领域的应用：计算机中的微处理器、内存、显卡等；通信设备中的射频放大器、滤波器等；家电中的集成电路、传感器等；工业控制中的电路控制器、传感器等。
以上就是关于半导体器件的基本概念和应用的详细介绍，希望对您有所帮助。
习题及方法：1.习题：请简述半导体的导电原理。
方法：半导体中的载流子（电子和空穴）在外界条件（如温度、光照、杂质）的影响下，其浓度和移动性会发生变化，从而改变半导体的导电性能。
《半导体器件应用》教案
《半导体器件应用》教案一、课程概述本教案旨在介绍半导体器件应用的基本概念、原理和实际应用。
通过本课程的研究，学生将了解不同类型的半导体器件、其工作原理及在各个领域的应用。
二、教学目标1. 理解半导体器件的基本概念和分类；2. 掌握常见半导体器件的工作原理；3. 研究半导体器件在电子、通信、能源等领域的实际应用；4. 培养学生的分析和解决问题的能力；5. 培养学生的实验操作和实践应用能力。
三、教学内容和进度安排第一讲：半导体器件概述- 半导体材料特性和基本概念- 半导体器件分类和特点第二讲：二极管和三极管- 二极管的结构、性质和应用- 三极管的基本结构和工作原理第三讲：场效应晶体管- MOSFET和JFET的原理和特点- 场效应晶体管的应用领域第四讲：光电器件- 光电二极管和光敏电阻的工作原理- 光电器件在光通信和能源领域的应用第五讲：功率器件- 功率二极管和功率晶体管的特点和应用- 功率MOSFET的结构和工作原理第六讲：半导体集成电路- 集成电路的基本概念和分类- 逻辑门电路和模拟电路的设计和实现四、教学方法1. 授课讲解：通过系统的讲解，向学生介绍半导体器件的基本原理和应用。
2. 实验操作：组织学生参与实验，锻炼他们的动手操作能力，并加深对理论知识的理解。
3. 讨论与互动：组织课堂讨论和小组活动，促进学生之间的互动和合作。
五、教学评估1. 平时表现：参与课堂讨论、完成实验报告等。
2. 期末考试：针对课程的理论知识和应用能力进行考核。
六、参考资料1. 《半导体物理与器件》（材料学科基础教材）2. 《半导体器件及其应用》（电子信息领域专业教材）3. 《集成电路设计与应用》（电子工程与自动化专业教材）。
半导体器件习题及答案
半导体器件习题及答案(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1第1章 半导体器件一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错)1、P 型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。
（ ）2、N 型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。
（ ）3、在N 型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P 型半导体。
（ ）4、P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。
（ ）5、N 型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。
（ ）6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。
（ ）7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。
（ ）8、施主杂质成为离子后是正离子。
（ ）9、受主杂质成为离子后是负离子。
（ ）10、PN 结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。
（ ）11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。
（ ）12、由于PN 结交界面两边存在电位差，所以，当把PN 结两端短路时就有电流流过。
（ ）13、PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（ ）14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。
（ ）15、通常的BJT 管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。
（ ）16、有人测得某晶体管的U BE =，I B =20μA ，因此推算出r be =U BE /I B =20μA=35kΩ。
（ ）17、有人测得晶体管在U BE =，I B =5μA ，因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =Ω。
（ ）18、有人测得当U BE =，I B =10μA 。
考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到0.6060()100BE be B U r k I ∆-===Ω∆-（ ）二、选择题(注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。
电子技术基础第14章 半导体器件
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
共价键共
用电子对
+4
+4
(a) 硅晶体的空间排列
电子学教研室 张智娟
14.2 PN 结及其单向导电性
1、 PN 结的形成
如图所示：在一块本征半导体在两侧 通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体 和N 型半导体。此时将在P型半导体和N 型半导体的结合面上形成如下物理过程:
漂移运动
空间电荷区 （PN结）
耗尽层
两侧载流子存在浓度差
多子扩散运动 空穴：PN；电子NP
电子技术基础
电子学教研室 张智娟
总结
1. 本征半导体中受激发产生的电子很少。 2. N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂
提供的电子，N型半导体中空穴是少子，少子 的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导
电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质
浓度相等。
3. P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
电子技术基础
电子与通信工程系 电子学教研室 张智娟
Email: zhzhijuan@
电子技术基础
课程
一、电子技术组成
1.模拟电子技术：
简 介 电子学教研室 张智娟
• 半导体器件：二极管D，三极管（晶体管）,场效应管
• 分立元件电路：共射极、共基极、共集电极放大电路， 差放，功放
• 集成电路：集成运放，集成功放
2. 反向工作峰值电压URWM
14章 题库——半导体器件+答案
管正向压降为 0.7V。正确的答案为
。
图 14-2-22
A． D1 导通、D2 截止、UAB=0.7V B． D1 截止、D2 导通、UAB=-5.3V
C． D1 导通、D2 导通、UAB=0.7V D． D1 截止、D2 截止、UAB=12V
23、本征半导体掺入 5 价元素后成为
。
A．本征半导体
B． N 型半导体
图 14-3-10 11、在图 14-3-11 所示电路中，设 D 为理想二极管，已知输入电压 ui 的波形。试画出 输出电压 uo 的波形图。
图 14-3-11
12、某人检修电子设备时，用测电位的办法，测出管脚①对地电位为－6.2V；管脚②对 地电位为－6V；管脚③对地电位为－9V，见图 14-3-12 所示。试判断各管脚所属电极及 管子类型（PNP 或 NPN）。
25、下图 14-1-25 中 D1-D3 为理想二极管，A，B，C 灯都相同，其中最亮的灯是 灯。
图 14-1-25
26、测得某 NPN 管的 VBE＝0.7V，VCE＝0.2V，由此可判定它工作在_______区。
27、当 PN 结反偏时，外加电场与内电场方向相
，使空间电荷区宽度变
。
28、测得放大电路中某三极管的三个管脚 A、B、C 的电位分别为 6V、2.2V、2.9V，则 该三极管的类型为______，材料为______，并可知管脚______为发射极。
29、某晶体管的发射极电流等于 1mA，基极电流等于 20µA，则它的集电极电流等于 ______mA。
二、选择题
1、 判断下图 14-2-1 所示电路中各二极管是否导通，并求 A，B 两端的电压值。设二极
管正向压降为 0.7V。正确的答案为
第1章 常用半导体器件14-15-2
+
入P 区的少子在P 区有浓度差，
P
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。
请问：以下知识点你掌握了吗？
1.本征半导体的载流子有几种？分别为？ 2.掺杂半导体的种类？ 3.载流子在外力作用下有几种运动？ 4.PN结是如何形成的？ 5.PN结有什么重要特性？
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极间反向饱和电流 集电极基极间反向饱和电流 ICBO 集电极发射极间穿透电流 ICEO
ICEO=(1+β)ICBO
ICBO
µA B
C
E
ICEO
BC
µA
E
极限参数
IC/mA ICM
过流区
集电极最大允许电流 ICM 集-射反向击穿电压 U(BR)CEO
安
PCM=ICUCE
全
工
过损区
作
区
集电极最大允许耗散功率 PCM
UCE
IC
饱和区
uBE Uon uCE uBE
O
IB =60µA
放大区
IB =40µA IB = 20µA
uBE Uon uCE uBE
iC iB
UCE
截止区 uBE Uon uCE uBE iC 0
3.主要参数
电流放大系数 直流电流放大系数β=IC / IB 交流电流放大系数β=△IC / △IB
1.3.2 晶体管的电流放大作用
晶体管具有电流放大作用的外
部条件：
IB
RC C IC B
发射结正向偏置
E
UCC
集电结反向偏置
输
输
RB 入
出
电 IE 电
UBB 路
半导体器件物理黄振刚译
半导体器件物理黄振刚译在今天的科技世界里，半导体器件就像是个小明星，闪耀着无数眼球，真是让人着迷啊。
你要知道，半导体就像一块有魔力的石头，它既能导电，又能绝缘，真是让人刮目相看。
想象一下，像一位神奇的魔术师，今天可以变出电流，明天又收回去，真是妙不可言。
先说说这个“半导体”吧。
名字听起来就很高大上，实际上，它的工作原理简单得令人惊叹。
半导体就像一个调皮的孩子，心情好的时候愿意分享电流，心情不好的时候却关上大门。
硅，这个大名鼎鼎的材料，简直是半导体的代名词。
硅就像是半导体界的超级英雄，很多电子产品都是靠它来运作的，手机、电脑、甚至是你家里那台智能冰箱，统统都离不开它的帮助。
然后呢，咱们不得不提一下pn结。
这玩意儿就像是半导体的“分界线”，一边是p 型，另一边是n型。
想象一下，这就像一对好朋友，互相吸引又互相抵触。
p型材料像是一个有很多“空位”的派对，而n型材料则是一个满载电流的聚会。
当这两种材料结合在一起，哇塞，简直是火花四溅啊！就像是小朋友们在一起玩捉迷藏，兴奋得不得了。
再来说说二极管吧，二极管就像半导体界的小管家。
它有个简单的任务，就是让电流朝一个方向流动。
你想象一下，如果没有这个小管家，电流可就会乱成一团，像个不知所措的小动物。
在电子设备里，二极管的存在真的是必不可少，简直是电流的小守卫。
还有那个晶体管，真是不得不提啊。
晶体管就像是半导体的魔法师，它能把微弱的信号放大，真是神奇。
想象一下，如果没有晶体管，咱们的手机音量肯定得小得可怜，甚至听不见。
晶体管的出现，就像为咱们的生活带来了无限可能，瞬间让一切变得更美好。
说到这里，很多人可能会想，这些小玩意儿跟我有什么关系呢？半导体就在我们生活的每一个角落，无时无刻不在影响着我们。
你早上醒来，手机响了，可能是一个晶体管帮你把信号放大。
出门时，车上的导航系统也是依赖半导体来确保你顺利到达目的地。
就连你晚上看电影，电视里的每一个画面背后，都是半导体在默默付出。
半导体器件(附答案)
第一章、半导体器件（附答案）一、选择题1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________A. 变窄 B 。
基本不变 C 。
变宽2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________A 。
B. C.3．稳压管的稳压是其工作在 ________A. 正向导通B. 反向截止C. 反向击穿区4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________A. 结型场效应管B. 增强型 MOS 管 C 。
耗尽型 MOS 管5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________A 。
多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____A. 增加B. 减少 C 。
不变7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻,两次测量结果 ______A. 相同B. 第一次测量植比第二次大 C 。
第一次测量植比第二次小8．面接触型二极管适用于 ____A. 高频检波电路B. 工频整流电路9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____A. 2CZ11B. 2CP10 C 。
2CW11 D.2AP610．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=.若其他参数不变，当温度上升到40℃，则D U 的大小将 ____A. 等于 0。
7V B 。
大于 0。
7V C 。
小于 0。
7V11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A 。
两种 B. 三种 C 。
四种12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态,由此可知输出电压O U 为 _____A. 6VB. 7VC. 0V D 。
1V13．将一只稳压管和一只普通二极管串联后，可得到的稳压值是（ ）A 。
半导体器件与工艺 教学大纲
半导体器件与工艺一、课程说明课程编号：140320Z10课程名称（中/英文）：半导体器件与工艺/Semiconductor Devices and Technology课程类别：专业选修课学时/学分：48/3先修课程：《半导体物理》，《固体物理》适用专业：应用物理学、光电信息科学与工程、电子信息科学与技术教材、教学参考书：（1）施敏、李明逵著，王明湘、赵鹤鸣译，半导体器件物理与工艺，苏州大学出版社，2014；（2）施敏著，陈军宁、孟坚译，半导体制造工艺基础，安徽大学出版社，2007；（3）崔铮等编著，印刷电子学——材料、技术及其应用，高等教育出版社，2012；（4）Betty Lise Anderson, Richard L. Anderson 著（美），邓宁，田立林，任敏译，半导体器件基础，清华大学出版社，2008；（5）Donald H. Neamen (美) 著，赵毅强，姚素英，史再峰译，半导体物理与器件，电子工业出版社，2014。
二、课程设置的目的意义本课程大纲适用于应用物理学、光电信息科学与工程、电子信息科学与技术等专业，为专业选修个课程。
通过本课程的学习，使学生对半导体物理、半导体器件和半导体制造工艺及原理有一个较完整和系统的概念及理解，同时半导体器件制造相关领域的新设备、新工艺和新技术，使得学生初步具有一定的半导体器件及制备工艺分析和工艺设计能力，以及解决相关器件工艺技术问题的能力。
三、课程的基本要求1 知识要求1) 了解半导体器件和工艺技术发展历程及其重要性。
2) 掌握半导体器件的基本工作原理。
3) 掌握半导体器件的基本制造工艺技术。
2 能力要求1) 具有半导体器件和制备工艺的分析能力。
具有从参考书、文献、网络等获取能够符合自己需求的知识和信息的能力，具有根据半导体器件与工艺技术的发展现状和趋势能实时完善自身知识结构的能力。
2) 具有一定的半导体器件制备工艺设计能力，以及解决相关工艺技术问题的实践能力。
电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_14.半导体器件-2
当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之 间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管 截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关 的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大 作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流
IB UBC < 0 + + UBE > 0 IC + UCE IB = 0 IB UBC > 0
IC C + IB B T UCE + UBE E IE
电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴向 发射区的扩散 可忽略。
C N P N E
B
RB EB
RC EC
发射结正偏 集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
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2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB
A
IC
mA
B + V UBE
C
3DG100
RB
E
mA IE
+ V UCE
EC
EB
晶体管电流放大的实验电路
设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、 集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结 果如下表：
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
3. 会分析含有二极管的电路。
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14.2
PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 2.PN结的单向导电性 3.PN结的伏安特性
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所 形成的特殊结构。 PN结是半导体器件的心脏。
PN结的形成
在一块本征半导体的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。
半导体中的两种电流
1.漂移电流：由载流子的漂移运动形成的电流。 漂移运动：由电场力引起的载流子定向运动。 2.扩散电流：由载流子的扩散运动形成的电流。 扩散运动：由于载流子浓度不均匀（浓度梯度） 造成的运动。 以上2种电流的方向与载流子的方向有关。 空穴电流的方向与运动方向一致。 电子电流的方向与运动方向相反。
第14章 半导体器件
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 半导体的导电特性 PN结及其单向导电性 二极管 稳压二极管 双极型晶体管 光电器件
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术指 标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况, 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的 近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义 的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标, 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的 误差，可采用合理估算的方法。
14.1 半导体的导电特性
本征半导体 杂质半导体 半导体中的电流
物质按导电性能分类
导体（＞105） 绝缘体（ 10-22 ~10-14 ） 半导体，是指电阻率介于金属和绝缘体之间并有 负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率 约在10-9~ 102欧· 米之间，温度升高时电阻率指数 则减小。如硅、锗等，半导体之所以得到广泛应 用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的 影响十分显着。
2.反向特性
反向电流很小，与温度有关； 硅：Is<0.1 A， 锗：Is＝几十A。 |U | 击穿电压，击穿导通， U（BR）=几十伏 反向电流急剧增加；
温度对二极管伏安特性的影响
i U(BR) IS
80 ℃ 20℃
温度增加，Uon减小，IS增 加。正向曲线左移，反向 曲线下移。
原因：温度增加，少子增加，PN
杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂 质，可使半导体的导电性发生显著变化。 掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 杂质半导体分类： N型半导体 P型半导体
14.1.2 N型半导体和P型半导体
掺入五价元素
多子和少子
多子由掺杂形成，取决于掺杂浓度。 少子由热激发形成，取决于温度。
发射结正偏
集电结反偏
PNP型三极管
发射结正偏
集电结反偏
VB<VE
VC<VB
VC>VB >VE
VC<VB <VE
三极管的三种连接方式
共什么极是指电路的输入端及输出端以这个 极作为公共端。 ①共基极接法；②共发射极接法，③共集电 极接法。 注意:无论那种接法，为了使三极管具有正 常的电流放大作用，必须给发射结加正向偏 置电压，发射区才能起到向基区注入载流子 的作用；必须给集电结加反向偏置电压（一 般几～几十伏），在集电结才能形成较强的 电场，才能把发射区注入基区，并扩散到集 电结边缘的载流子拉入集电区，使集电区起 到收集载流子的作用。
本征半导体中载流子的浓度
温度升高
热运动加剧
载流子增多
导电能力增强
本征半导体中载流子浓度的特点
本征半导体中载流子的浓度很低，导电性 能很差。 本征半导体中载流子的浓度与温度密切相 关。
本征半导体要点归纳
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。 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->本征半导 体的导电能力越强。
主要参数
电压温度系数au 环境温度每变化1°C引起稳压值变化的百分数。 温度升高，Uz增加，正温度系数。 温度升高，Uz减小，负温度系数。 额定功耗PZM
PZ U Z I ZM
IZM为最大稳定电流
二极管与稳压管的区别
二极管运用在正向区 稳压二极管运用在反向击穿区
稳压二极管在工 作时应反接，并 串入一只电阻。
14.4
稳压二极管
•反向击穿区 •反向击穿特性越抖，说明稳压性能越好。
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主要参数
稳定电压Uz 稳压二极管正常工作 (反向击穿) 时管子两端的电压。 稳定电流 Iz 、最大稳定电流 IZM Iz是稳压管正常工作时的参考电流值，对应Uz的值,作为 参考的最小电流对待。 动态电阻 类似二极管的动态电阻，反映了稳压区电压变化量与电 流变化量之比，rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好，一般 为几欧到几十欧。
i
正向特性 u>0，u↑→i↑
按指数规律 快速增加
U(BR)
0
u
反向特性 |u|↑>U（BR）， －反向击穿 u<0， i≈-IS，恒 定不变
1.2.1 半导体二极管的结构
PN结 + 引线 + 封装 = 二极管。
阳极
P D
阴极
N
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
収光 二极管
14.3.2 伏安特性
R---限流电阻（保护稳压 管） ---调整电阻（当输入电 压或负载电流变化时，通 过该电阻上电压降的变化 ，取出误差信号以调节稳 压管的工作电流，起稳压 作用）
+
R
DZ RL UO
－
R---串联在稳压电路中； ---必不可少！
---取值合适（使稳压管
工作在击穿区）
例：已知UZ=6V，最小稳定电流
问题
杂质半导体的导电能力由谁决定？ 为什么用杂质半导体制作器件？ 杂质半导体多子浓度由什么决定? 杂质半导体少子浓度由什么决定?
杂质半导体归纳
杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为 多数载流子和少数载流子（简称多子和少 子）。 杂质半导体中多子数量取决于掺杂浓度， 少子数量取决于温度。 杂质半导体中起导电作用的主要是多子。 N型半导体中电子是多子，空穴是少子。 P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
14.1.1 本征半导体
完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本 征半导体。 制造半导体器件的半导体材料的浓度要达 到99.9999999%，例如硅和锗。
晶体中原子的排列方式
四价元素：在原子最外层轨道上的四个价 电子。 共价键：相邻原子共有电子对。 绝对零度（-273.15°C）时晶体中无自 由电子。
E标注箭头，箭头的方向表示流经该晶体管 的电流方向。
PNP型晶体管和NPN型晶体管导电时电流方向不同
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14.5.2 电流分配和放大原理
放大的含义：1.放大的对象是变化量 2.放大是指对能量的控制作用
uO uI 放大器
电源
输入端输入一个小的变化量，控制能量使输出端 产生一个大的变化量，能量来自电源。
外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏。 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
扩散电流>漂移电流
在一定的温度条件下 ，由本征激収决定的少子 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。
S断开时，D导通，
UO V1 U D 6 0.7 5.3V
V1 (6V)
+ UD － R
UO － +
S闭合时，D截止，
UO V2 12V
V2 (12V)
R
UO －
当几个二极管共阳极或共阴极连接时，承受正向电压高的 二极管先导通。广泛应用于数字电路门电路中。
二极管的特点：单向导电性 二极管的应用：开关、箝位、隔离、检波、 整流等，大量应用在模拟电路和数字电路。
R 227
R 114
14.5
双极型晶体管
晶体管的结构及类型 晶体管的电流分配和放大作用 晶体管的共射特性曲线 晶体管的主要参数
双极型晶体管
Bipolar Junction Transistor------BJT 简称晶体管或三极管 双极型 器件 两种载流子（多子、少子） 晶体管具有的能力 电流控制（current control） 电流放大（current amplify）
0 Uon u
结变窄，内电场减弱， 开启电压
减小，正向曲线左移。
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓
→反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
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14.3.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电 流。 2. 反向工作峰值电压URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是 二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。手册上给出 的URWM一般是UBR的一半。二极管击穿后单向导电性被 破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流（最大反向电流）IRM 指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。反向电 流大，说明管子的单向导电性差， IRM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 向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
晶体管放大的工作条件
①内部条件 収射区高掺杂(故管子e、 c极不能互换) 基区很薄(几个微米)