半导体的基本知识
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识半导体器件的基本知识，真是个神奇的世界。
咱们常常提到“半导体”，脑海里浮现出那些小小的芯片，觉得它们离我们有点遥远。
其实，半导体就在我们身边，像个无形的助手，让生活变得更加便利。
一、半导体的基本概念1.1 半导体是什么？半导体，简单来说，就是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它们在某些条件下能导电，在其他情况下又不导电。
是不是听上去有点神秘？其实，最常见的半导体材料就是硅。
我们用的手机、电脑，里面的处理器，几乎都离不开硅的身影。
1.2 半导体的特性半导体有很多奇妙的特性，比如它的电导率。
温度变化、杂质掺入，都会影响它的导电性能。
说白了，半导体的电性就像人心一样，瞬息万变。
通过控制这些特性，工程师们可以设计出各种各样的电子器件。
二、半导体器件的类型2.1 二极管咱们来聊聊二极管。
这小家伙看似简单，却是半导体世界的基石。
二极管只允许电流朝一个方向流动。
它就像个单行道，确保电流不走回头路。
常见的应用就是整流器，把交流电转成直流电。
这在生活中非常重要，大家用的手机充电器，就离不开二极管的帮助。
2.2 晶体管接下来是晶体管。
晶体管的发明可谓是科技界的一场革命。
它不仅能放大电信号，还能用作开关，控制电流的流动。
晶体管的出现，让电子产品变得更小、更快。
你知道吗？现代计算机的核心，CPU，里面就有成千上万的晶体管在默默工作。
2.3 其他器件还有很多其他的半导体器件，比如场效应管、光电二极管等。
每种器件都有其独特的用途和应用领域。
它们一起构成了一个复杂而又和谐的生态系统。
可以说，半导体器件的多样性是现代科技发展的动力。
三、半导体的应用3.1 消费电子说到应用，咱们首先想到的就是消费电子。
手机、平板、电视，都是半导体的舞台。
随着科技的进步，半导体技术不断演变，产品功能越来越强大，性能越来越高。
可以说，半导体让我们的生活变得丰富多彩。
3.2 工业应用除了消费电子，半导体在工业中也大显身手。
自动化设备、传感器、控制系统，全都依赖于半导体技术的支持。
半导体的基本知识
第1章 半导体的基本知识1.1 半导体及PN 结半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。
半导体器件是构成电子电路的基础。
半导体器件和电阻、电容、电感等器件连接起来，可以组成各种电子电路。
顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，就必须对半导体材料的特点有一定的了解。
1.1.1 半导体的基本特性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410-Ω•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410-Ω•cm ～1010Ω•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)。
用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这就是半导体不同于导体的特殊性质。
1、热敏性所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。
半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。
例如纯净的锗从20℃升高到30℃时，它的电阻率几乎减小为原来的1／2。
而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10℃时，它的电阻率几乎不变。
2、光敏性半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。
一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。
自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。
而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。
3、杂敏性所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。
在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之—。
半导体知识点总结大全
半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。
（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。
2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。
（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。
半导体的基本知识
半导体的基本知识半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的电性质可以通过施加电场或光照来改变，这使得半导体在电子学和光电子学等领域有广泛的应用。
以下是关于半导体的一些基本知识：1. 基本概念：导体、绝缘体和半导体：导体（Conductor）：电导率很高，电子容易通过的材料，如金属。
绝缘体（Insulator）：电导率很低，电子很难通过的材料，如橡胶、玻璃。
半导体（Semiconductor）：电导率介于导体和绝缘体之间的材料，如硅、锗。
2. 晶体结构：半导体通常以晶体结构存在，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
3. 电子能带：价带和导带：半导体中的电子能带分为价带和导带。
电子在价带中，但在施加电场或光照的作用下，电子可以跃迁到导带中，形成电流。
能隙：价带和导带之间的能量差称为能隙。
半导体的能隙通常较小，这使得它在室温下就能够被外部能量激发。
4. 本征半导体和杂质半导体：本征半导体：纯净的半导体材料，如纯硅。
杂质半导体：在半导体中引入少量杂质（掺杂）以改变其导电性质。
掺入五价元素（如磷、砷）形成n型半导体，而掺入三价元素（如硼、铝）形成p型半导体。
5. p-n 结：p-n 结：将p型半导体和n型半导体通过特定工艺连接在一起形成p-n 结。
这是许多半导体器件的基础，如二极管和晶体管。
6. 半导体器件：二极管（Diode）：由p-n 结构构成，具有整流特性。
晶体管（Transistor）：由多个p-n 结构组成，可以放大和控制电流。
集成电路（Integrated Circuit，IC）：在半导体上制造出许多微小的电子器件，形成集成电路，实现多种功能。
7. 半导体的应用：电子学：微电子器件、逻辑电路、存储器件等。
光电子学：光电二极管、激光二极管等。
太阳能电池：利用半导体材料的光伏效应。
这些是半导体的一些基本知识，半导体技术的不断发展推动了现代电子、通信和计算机等领域的快速进步。
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。
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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。
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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。
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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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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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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。
半导体知识点总结
半导体知识点总结半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子性质，因此在现代电子技术中具有重要的应用。
本文将对半导体的基本概念、特性、原理以及应用进行详细的介绍和总结。
一、半导体的基本概念1、半导体材料半导体材料是一类电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子能带结构。
常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)、GaAs等。
2、半导体的掺杂半导体材料经过掺杂后，可以改变其电子结构和导电性质。
常见的掺杂有N型和P型两种类型，分别通过掺入杂质原子，引入额外的自由电子或空穴来改变半导体的导电性质。
3、半导体的结构半导体晶体结构通常是由大量的晶格排列组成，具有一定的晶格参数和对称性。
在半导体器件中，常见的晶体结构有晶体管、二极管、MOS器件等。
二、半导体的特性1、能带结构半导体的能带结构是其特有的性质，它决定了半导体的导电性质。
半导体的能带结构通常包括价带和导带，其中价带中填充电子的能级较低，而导带中电子的能级较高，两者之间的能隙称为禁带宽度。
2、电子迁移和载流子在外加电场的作用下，半导体中的自由电子和空穴可以在晶体内迁移，并形成电流。
这些移动的载流子是半导体器件工作的基础。
3、半导体的导电性半导体的导电性是由自由电子和空穴共同贡献的，通过掺杂和外加电场的调制，可以改变半导体的导电性。
三、半导体的原理1、P-N结P-N结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。
P-N结具有整流、放大、开关等功能，是二极管、光电二极管等器件的基础。
2、场效应器件场效应器件是一类利用外加电场控制半导体导电性质的器件，包括MOS场效应管、JFET场效应管等。
场效应器件具有高输入电阻、低功耗等优点，在数字电路和模拟电路中得到广泛应用。
3、半导体光电器件半导体光电器件是一类利用光电效应将光能转化为电能的器件，包括光电二极管、光电导电器件等。
光电器件在光通信、光探测、光伏等领域有着重要的应用。
半导体基础知识
符号
1
+ W78XX +
2
_
3
_
W79XX
1 2
3
1.6.3 W78XX、W79XX系列 集成稳压器的使用方法
一、 组成输出固定电压的稳压电路
1. W78XX系列
+
1
W78XX
Co
2
+
Uo = 12V
改善负载 的暂态响 应,消除 高频噪声
注意 3 Ui 输入 Ci 电压 极性 抵消输入 长接线的 电感效， 防止自激 Ci : 0.1~1F
IR + +
R UR
IL
IZ RL
2、引起电压不 稳定的原因
UI
电源电压的波动 负载电流的变化
DZ
稳压二极管
+ UL
将微小的电压变化转 换成较大的电流变化
三端稳压器封装及电路符号
封装
塑料封装
金属封装
79LXX
W7805 1 3 2
W7905 1 3 2
78LXX
1
2
3
UI GND UO GND UI UO
空穴
负离子
电子
正离子
一、载流子的浓度差引 N型材料 起多子的扩散扩散使 交界面处形成空间电 荷区（也称耗尽层）
内电场方向
二、空间电荷区特点
基本无无载流子，仅 有不能移动的离子
三、扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流= 漂移电流 总电流=0 利于少子的漂移
形成内电场
阻止多子扩散进行
1.2.2 PN结的单向导电性
外界条件决定半导体内部 载流子数量
三、本征半导体： 纯净的半导体
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第二节 半导体二极管
• 二、二极管的结构和符号 • 将PN结的两个区，即P区和N区分别加上相应的电极引线引出，并
用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号 如图6一1所示，常见外形如图6一2所示。从P区引出的电极为阳极 (或正极)，从N区引出的电极为阴极(或负极)，并分别用A,K表示。 • 三、二极管的伏安特性 • 二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图6一3所示(以 正极到负极为参考方向)。 • 1.正向特性 • 外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电队，几乎没有正向电流通 过。曲线OA段(或OA‘段)称作死区，A点(或A‘点)的电压称为死区电 压，硅管的死区电压一般为0. 5 V，锗管则约为0. 1 V 。
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第一节 半导体的基本知识
• 电阻是随着温度的上升而降低的。这是半导体现象的首次发现。 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照 下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发 现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫 化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端 加一个正向电压，它是导通的;如果把电压极性反过来，它就不导电， 这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年， 舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年，英国的史密斯发 现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特 有的性质。
半导体的基本知识
1.1.2 杂质半导体
6.载流子的漂移运动和扩散运动 热运动：没有电场作用时，半导体中载流子的不规 则运动。——无电流 漂移运动：有电场作用时，半导体中载流子产生定 向运动。——漂移电流 扩散运动：当半导体受光照或从外界有载流子注入 时，半导体内载流子浓度分布不均匀，载流子从高 浓度区域向低浓度区域运动。——扩散电流
这就是PN结的单向导电性。
关键
在于它的耗尽层的存在，且其宽度随外加电 压而变化。
1.1.3 PN结
3. PN结电流方程
PN结两端的电压与 流过PN结电流的关系式
iD/mA D 1.0
i I S (eU U T 1)
式中 Is 反向饱和电流; UT 等效电压 T=300k（室温）时 UT= 26mv
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）。
# 正离子不能自由运动，不能自由运动参加导电，不是载流子。
1.1.2 杂质半导体
2. P型半导体
多数载流子
P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强。
PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电 流激增的现象 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。
击穿是可逆。 掺杂浓度大的二极管容易发生
雪崩击穿
当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空 间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连 锁反应，象雪崩一样，使反向电流激增。
–1.0
0.5
iD=–IS
1.0 D/V D
–0.5 –0.5
0
0.5
PN结伏安特性
半导体基础知识
现代电子学中，用的最多的半导 体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Ge
Si
电子器件所用的半导体具有晶体结构，因 此把半导体也称为晶体。
2、半导体的导电特性
1）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。 2）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强 3）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。
图 二极管的结构示意图 (a)点接触型
(2) 面接触型二极管—
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管—
(c)平面型 图 二极管的结构示意图
2、分类
1）按材料分：硅管和锗管 2）按结构分：点接触和面接触 3）按用途分：检波、整流…… 4）按频率分：高频和低频
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动 (浓度差产生)
阻挡多子扩散
2）内电场的形成及其作用{ 促进少子漂移 漂移运动
P型半导体
、所以扩散和 移这一对相反－ － － － － － 运动最终达到 衡，相当于两－ － － － － － 区之间没有电－ － － － － － 运动，空间电 区的厚度固定－ － － － － － 变。
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。
半导体的基本知识总结
半导体的基本知识总结
半导体是指一种材料，其导电性介于导体和绝缘体之间。
半导体在电子学、物理学、材料科学等领域中具有重要的应用价值。
以下是对半导体基本知识的总结：
1. 半导体材料：半导体材料通常是元素周期表中的IV族、V族和VI族元素构成的化合物，如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
2. 半导体导电性：半导体的导电性受温度、光照、杂质等因素影响。
在常温下，纯净的半导体材料是绝缘体，但当温度升高时，其导电性逐渐增强。
此外，半导体材料的导电性还受光照和杂质的影响。
3. 半导体中的载流子：半导体中的载流子包括电子和空穴。
在半导体中，电子从价带跃迁到导带，留下一个空穴。
电子和空穴分别带负电荷和正电荷。
4. 半导体中的能带：半导体中的能带分为价带、导带和禁带。
价带是指半导体中电子占据的能量最低的能带，导带是指能量比价带高的能带，禁带是指价带和导带之间的能量间隙。
5. 半导体的光吸收：半导体材料可以吸收不同波长的光，并产生光电流。
这一现象被广泛应用于太阳能电池和光探测器等器件中。
6. 半导体器件：半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。
这些器件在电子学和微电子学领域中具有广泛的应用。
7. 半导体工艺：半导体工艺包括薄膜制备、光刻、掺杂、热处理等步骤。
这些工艺用于制造半导体器件和集成电路。
总之，半导体的基本知识包括半导体材料、导电性、载流子、能带、光吸收、器件和工艺等方面。
这些知识对于理解半导体的性质和应用具有重要意义。
半导体的基本知识
3.2 PN结的形成及特性
3.3 二极管
3.4 二极管的基本电路及其分析方法
3.5 特殊二极管
3.1 半导体的基本知识
3.1.1 半导体材料
3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
3.1.4 杂质半导体
3.1.1 半导体材料
导电能力(电阻率)介于导体和绝缘体之间的
物质，称为半导体。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体还具有有一些重要特点： Nhomakorabea1、光照或温度改变时，导电能力显著变化； 2、掺入某些微量杂质后，导电能力显著变化。
3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
本征半导体 —— 化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。（9个9） 空穴——共价键中的空位。 本征激发——在室温或光照 下，少数价电子可以获得足 够的能量挣脱共价键的束缚 称为自由电子，同时形成一 个空位的现象。
end
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， 多数载流子、少数载流子
自由电子、空穴，
注意：
1、杂质离子虽然带电荷，但不能移动，因此不是载流子； 2、杂质半导体中虽然一种载流子占多数，但整个半导体仍 呈电中性； 3、杂质半导体的导电性能主要取决于多数载流子浓度，多 数载流子浓度取决于掺杂浓度，其值较大且稳定；少数载流子 浓度与本征激发有关，对温度敏感。
电子空穴对——由本征（热） 激发而产生的自由电子和空 穴总是成对出现。
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
空穴的移动——空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 依次填充空穴来实现的。 复合——自由电子和空穴在 自由 电子 价电子
半导体基础知识
半导体基础知识1. 半导体的概念与分类1.1 半导体的定义半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率会随着外界条件（如温度、光照、掺杂等）的变化而变化。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
1.2 半导体的分类根据半导体材料的类型，可分为元素半导体和化合物半导体。
•元素半导体：如硅（Si）、锗（Ge）等。
•化合物半导体：如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。
根据导电类型，半导体可分为n型半导体和p型半导体。
•n型半导体：掺杂有五价元素（如磷、砷等）的半导体材料。
•p型半导体：掺杂有三价元素（如硼、铝等）的半导体材料。
2. 半导体物理基础2.1 能带结构半导体的导电性能与其能带结构密切相关。
一个完整的周期性晶体结构可以分为价带、导带和禁带。
•价带：充满电子的能量状态所在的带，电子的能量低于价带顶。
•导带：电子的能量高于导带底时，可以自由移动的状态所在的带。
•禁带：价带和导带之间的区域，电子不能存在于这个区域。
2.2 掺杂效应掺杂是向半导体材料中引入少量其他元素，以改变其导电性能的过程。
掺杂分为n型掺杂和p型掺杂。
•n型掺杂：向半导体中引入五价元素，如磷、砷等，使得半导体中的自由电子浓度增加。
•p型掺杂：向半导体中引入三价元素，如硼、铝等，使得半导体中的空穴浓度增加。
2.3 载流子在半导体中，自由电子和空穴是载流子，负责导电。
n型半导体中的载流子主要是自由电子，而p型半导体中的载流子主要是空穴。
2.4 霍尔效应霍尔效应是研究半导体中载流子运动的一种重要物理现象。
当半导体中的载流子在外加磁场作用下发生偏转时，会在半导体的一侧产生电势差，即霍尔电压。
3. 半导体器件3.1 半导体二极管半导体二极管（DIODE）是一种具有单向导电性的半导体器件。
它由p型半导体和n型半导体组成，形成PN结。
当外界电压正向偏置时，二极管导通；反向偏置时，二极管截止。
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。
半导体基础知识
外延基础知识一、基本概念能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。
能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。
（晶体中电子能量状态可用能带描述）导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。
价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。
（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带）直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。
间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。
同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。
（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN）异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。
（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN）超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。
量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。
二、半导体1.分类：元素半导体：Si 、Ge化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC2.化合物半导体优点：a.调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。
（光电器件一般选用直接带隙材料）b.高电子迁移率。
c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。
3.半导体杂质和缺陷杂质：替位式杂质（有效掺杂）间隙式杂质缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子线缺陷：如位错面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错4.外延技术LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。
（普亮LED常用此生长方法）MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。
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。
半导体基本知识
4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。 空穴的出现是半导体导电区别于导体导电的一个主要特征。
如果在本征半导体中掺入微量杂质（其他元素），形成杂质半导体，其导电 能力会显著变化。根据掺入杂质的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的 五价元素，如磷、砷、锑等，就形成N型半 导体。杂质原子替代了晶格中的某些硅原子， 它的四个价电子和周围四个硅原子组成共价 键，而多出的一个价电子很容易受激发脱离 原子核的束缚成为自由电子，但并不同时产 生空穴，相应的五价元素的原子因失去一个 电子而成为不能自由移动的带正电粒子—— 正离子，由于杂质原子可以提供电子，故也 称施主原子，如右图所示。
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的 三价元素，如硼、铝、铟等，就形成P型半导 体。杂质原子替代了晶格中的某些硅原子， 它的三个价电子和周围四个硅原子组成共价 键，而第四个共价键因缺少一个价电子出现 空位，由于空位的存在，使邻近共价键内的 电子只需很小的激发能便能填补这个空位， 相应的三价元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的原子因得到一个电子而成 为不能自由移动的带负电粒子——负离子， 由于杂质原子得到电子，故也称为受主原子， 如右图所示。
这种杂质半导体的多子是空穴，因空穴 带正（positive）电，所以称为P型半导体。P 型半导体中空穴的浓度比电子的浓度高得多。 当在其两端加电压时，主要由空穴定向移动 形成电流。
半导体的基本知识
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素磷，由于磷原子有5个价电 子，它与周围的硅原子组成共价键时，多余的一个价电子很容易摆脱原子核 的束缚成为自由电子。这种半导体导电主要靠电子，所以称为电子型半导体 或N型半导体，如下图所示。N型半导体中，自由电子是多子，空穴是少子。
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半本
导征
电 工 电 子 技 术
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半导体的基本知识
• 1.1 半导体的基本特性 • 1.2 本征半导体和杂质半导体
半
导
体
的 基 本 知
半 导 体 的 基
识本
物质大体可分为导体、绝缘体和半导体 三大类。其中，容易导电、电阻率小于10-4Ω·cm的物质称为导体，如铜、铝、 银等金属材料；很难导电、电阻率大于104Ω·cm的物质称为绝缘体，如塑料、 橡胶、陶瓷等材料；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如 硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物等。
半导体之所以被作为制造电子器件的主要材料在于它具有热敏性、 光敏性和掺杂性。 ➢ 热敏性：是指半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加的特性。利 用这种特性可制成各种热敏元件，如热敏电阻等。 ➢ 光敏性：是指半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性。利用 这种特性可制成光电二极管、光电三极管和光敏电阻等。 ➢ 掺杂性：是指半导体的导电能力因掺入微量杂质而发生很大变化的特性。 利用这种特性可制成二极管、三极管和场效应管等。
导 体 和 杂 质
识半
导
体
1.2
本征半导体在绝对温度T＝0K和 没有外界影响的条件下，价电子全部 束缚在共价键中。当温度升高或受光 照时，半导体共价键中的价电子会从 外界获得一定能量，少数价电子将挣 脱共价键的束缚，成为自由电子，同 时在原来共价键的相应位置上留下一 个空位，这个空位称为空穴，如右图 所示。
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3、N型和P型半导体
（1）N型半导体：电子型
在本征半导体中掺入五价杂质原子，例如掺入磷原子，可形成N型半导体。
多数载流子自由电子,少数载流子空穴。
（2）P型半导体：空穴型
在本征半导体中掺入三价杂质原子，如硼等形成了P型半导体。
相对导体及绝缘体，半导体元件的导电原理学生是难以理解的，故半导体元件的导电原理是本章难点。
教材处理思路
这两节课是电子技术基础科目里的的重要章节，半导体的导电原理及PN结的单向导电性是电子技术的基本内容，只有理解相关原理，才能掌握电子电路正确的分析设计方法。
技校学生，他们普遍对学习欠缺主动性，所以教师必须用各种方法激发其兴趣，吸引其注意力。而这两节课采用多种教学方法，让学生成为课堂的主角，通过对教学内容的分解，同时培养学生的竞争意识，预计能收到良好的教学效果。
多数载流子自由电子,少数载流子空穴。
由上述分析我们得出：杂质半导体内部有两种载流子(自由电子、空穴)参与导电。当杂质半导体加上电场时，两种载流子产生定向运动共同形成半导体中的电流。主要靠自由电子导电的杂质半导体是N型半导体，主要靠空穴导电的杂质半导体是P型半导体。
二、PN结及其单向导电性、
1、PN结的形成
P9 1.2.
引导法。指导学生分组讨论，点名回答，教师针对性的补充说明，设下悬念，提高学生对本堂课的兴趣。
讲授法。
难点化解方法：
由物理现象开始，引导学生明确区分电子载流子和空穴载流子的差别，从而深入理解半导体导电的方式。
提问：半导体的分类？
总结对比法。
讲授法。
讲授法。
再次总结半导体的导电原理。
讲授法。启发法。
新课讲授：
§1-1半导体的基本知识
一、什么是半导体
自然界的物质若按导电能力划分，可分为导体、半导体和绝缘体三种。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，电阻率通常为10-3～10-9cm。
1、半导体的导电特性
（1）半导体材料（如硅、锗）的模型
半导体原子核最外层都有4个价电子，其导电能力介于导体和绝缘体之间。
结论：PN结单向导电性——正偏导通、反偏截止。
举例说明单向导电性。
三、小结及知识回顾
1、半导体导电原理。
2、什么是PN结呢？
3、PN结的形成原理？
4、PN结的单向导电性。
四、课堂练习：
1．半导体的导电能力与导电方式，常用的半导体材料有哪些？
2．P型、N型材料各有哪些？
3．PN结的重要特性是什么？
五、作业
（2）反向偏置
PN结加正向电压时的导电情况：
P区接外加电源负极，N区接正极时称PN结加反向电压(也称反向偏置)，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，扩散几乎无法进行，扩散电流大大减小。此时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，形成较小的漂移电流，PN结呈现高阻性。
2、PN结的单向导电性
（1）正向偏置
PN结加正向电压时的导电情况：
P区接外加电源正极，N区接负极时称PN结加正向电压(也称正向偏置)，外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与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。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，故PN结呈现低阻性。我们称PN结加正向电压时导通。
（2）半导体导电的方式
既有电子载流子，又有空穴载流子。
当半导体两端加上外电压时,半导体中将出现两部分电流:一是自由电子作定向运动所形成的电子电流,一是应被原子核束缚的价电子(注意,不是自由电子）递补空穴所形成的空穴电流。
在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。
§1-1半导体的基本知识
教学目标
知识目标：
1、使学生认识掌握半导体的导电原理；
2、掌握PN结的单向导电性。
能力目标：
1、让学生掌握解决问题，分析问题的能力；
2、培养学生团队合作精神，锻炼学生推理能力。
授课对象
本教案针对的是电工电子专业二年级的学生。
授课学时
2
重点难点分析
PN结的单向导电性是半导体器件工作原理的基础，也是理解半导体器件伏安特性及主要参数的基础。因此，PN结的单向导电性是本章重点。
在同一块本征半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元素和五价元素，一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体，则在这两种半导体交界面的两侧分别留下了不能移动的正负离子，形成一个具有特殊导电性能的空间电荷区。刚开始时，扩散运动强于漂移运动，使空间电荷区不断加宽，内电场也随之增强，这又使漂移运动增强，空间电荷区变窄，最后当两种运动达到动态平衡时，内电场不再变化，空间电荷区的宽度稳定了（阻挡层的厚度保持不变），便形成了PN结。
时间分配
教学内容
教学方法
教学手段
板书
5分钟
10分钟
5分钟
5分钟
5分钟
5分钟
8分钟
7分钟
15分钟
8分钟
15分钟
2分钟
讨论引入：
在自然界中，存在着很多不同的物质，用其导电能力来衡量，可以分成几种不同类别。
请同学们讨论并回答以下问题：
按其导电能力来划分，可以分成哪几种类别？
（答案：一类是导体；另一类是几乎不能导电的物质，叫绝缘体；而导电能力介于导体与绝缘体之间的一类是半导体。）
总结实验现象，得出结论。
总结实验现象，得出结论。
请两个学生在黑板上完成，其他学生独立完成后，教师点评讲解
提问法。
学生思考问题，并举手回答。教师点评。
PPT课件运行，出示题目。
PPT图片演示。
动画演示载流子的形成。
动画演示。
PPT课件运行。
动画演示电子-空穴对的形成。
动画演示PN结的形成。
实验动画演示PN结的单向导电性。
自由电子和空穴都成为载流子。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断地复合。
（3）半导体与金属导体导电方式的不同之处
金属导穴。
（4）多数载流子和少数载流子
多数载流子：
少数载流子：
2、半导体的分类
本征半导体：纯净的单晶半导体称为本征半导体。本征半导体中的载流子(自由电子空穴对)在常温下数量少、导电能力差。