半导体器件

模拟电子技术基础简明教程主讲教师: 李伟

第一章半导体器件

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91.1半导体的特性

自然界中的物质按照其导电能力的差别可分为：导体：电阻率小于10的物质。

绝缘体：电阻率大于10的物质。

半导体：导电性介于导体和绝缘体之间的物质。硅和锗就是主要的半导体材料。

()01.1.1本征半导体

本征半导体是指纯净的不含任何杂质的半导体。在热力学零度-273C ，价电子没有足够的能量

挣脱共价键的束缚，晶体中没有自由电子，所以此时的半导体晶体相当于绝缘体。随着温度的升高，价电子获得了足够的能量，用以克服共价键的束缚，并成为自由移动的自由电子，此处的空位称之为空穴，空穴并不是真正的带电粒子，但是从效果上看，空穴总是伴随着自由电子的移动而移动，所以将空穴看成是带正电的载流子。

自由电子

1.1.2杂质半导体

在本征半导体中掺入某种特定的杂质，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。杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体.

一、N 型半导体

在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（砷或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子很容易被激发而成为自由电子。每个磷原子提供一个电子，故称为施主原子。

N 型半导体主要靠电子导电,电子是多数载流子(多子),而空穴是少数载流子(少子).

一、P型半导体

在硅或锗晶体中掺入少量的3价元素硼（镓或铟），杂质原子最外层只有3个价电子,它和半导体原子形成共价键后,就会形成空穴，故该杂质原子称为受主原子。

P 型半导体主要靠空穴导电,空穴是多数载流子(多子),而电子是少数载流子(少子).

受主原子

§1.2 半导体二极管

在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。

2.1.1 PN结及其单向导电性

N P P N NP 在半导体交界面处，由于电子和空穴的浓度相差悬殊，所以区的多子电子将向扩散，而区的多子空穴将向扩散，电子和空穴相遇后将复合而湮灭，空间电荷区最后在交界面处达到稳定，形成一个由不能自由移动的正、负离子组成的，这就是结。由于空间电荷区缺少载流子，故又称为耗尽层。

D N P U N P 由于在交界面处，电子和空穴的复合，破坏了型半导体和型半导体的电中性，因此在两者之间形成了一个电位差，称为。它的电场方向由区指向区，这个电场叫作，内电场的作用将阻止多数载流子的扩散运动，但却有利于少数载流子电位壁的漂垒内电场移运动。

()()0.6~0.80.2~0.3PN PN V V 综上所述，结中进行着两种载流子的运动：多数载流子的和少数载流子的，扩散运动将形成，漂移运动将形成，经过一段时间后两者将达到平衡而相等，此时结中总的电流为零，空间电荷区的宽度将不再变化，一般只有几微米至几十微米；硅材料的电位壁垒约为，锗材料的电位壁垒约扩散运动漂移运动扩散电流漂移电为流。

正向偏置时，内外电场方向相反，内电场被削弱，故有利于多数载流子的扩散运动，由于扩散电流的存在，此时电路中将形成一个较大的电流，一般应在电路中接入一个电阻。

PN 二、结的单向导电性

()I I 反向偏置时，内外电场方向相同，内电场被加强，故有利于少数载流子的漂移运动，从而形成与外加电场反向的电流。在一定温度下，电流将不再随外加电压变化而达到稳定，此时的电流称为，随温度升高而反向饱和电流

急剧增大。

二极管的伏安特性曲线

三、主要参数1. 最大整流电流I OM

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. 反向击穿电压U BR

二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压U WRM 一般是U BR 的一半。

3. 反向电流I

R

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。

()1.3

BJT 双极型三极管

双极型三极管又称半导体三极管、晶体管或

简称三极管,它是组成各种电子电路的核心器件。

各种三极管外貌