项目1 1.1半导体基础知识

半导体的基础知识教案第一章：半导体概述1.1 半导体的定义与特性解释半导体的概念介绍半导体的物理特性讨论半导体的重要参数1.2 半导体的分类与制备说明半导体材料的分类探讨半导体材料的制备方法分析半导体器件的制备过程第二章：PN结与二极管2.1 PN结的形成与特性解释PN结的概念与形成过程探讨PN结的特性分析PN结的应用领域2.2 二极管的结构与工作原理介绍二极管的结构解释二极管的工作原理探讨二极管的主要参数与规格第三章：双极型晶体管（BJT）3.1 BJT的结构与分类解释BJT的概念介绍BJT的结构与分类分析BJT的运作原理3.2 BJT的特性与参数探讨BJT的输入输出特性讨论BJT的主要参数与规格分析BJT的应用领域第四章：场效应晶体管（FET）4.1 FET的结构与分类解释FET的概念介绍FET的结构与分类分析FET的运作原理4.2 FET的特性与参数探讨FET的输入输出特性讨论FET的主要参数与规格分析FET的应用领域第五章：半导体器件的应用5.1 半导体二极管的应用介绍半导体二极管的应用领域分析二极管在不同电路中的应用实例5.2 半导体晶体管的应用解释半导体晶体管在不同电路中的应用探讨晶体管在不同电子设备中的应用实例5.3 半导体集成电路的应用介绍半导体集成电路的概念分析集成电路在不同电子设备中的应用实例第六章：半导体存储器6.1 存储器概述解释存储器的作用与分类探讨半导体存储器的发展历程分析存储器的主要参数6.2 RAM与ROM介绍RAM（随机存取存储器）的原理与应用解释ROM（只读存储器）的原理与应用分析RAM与ROM的区别与联系6.3 闪存与固态硬盘探讨闪存（NAND/NOR）的原理与应用介绍固态硬盘（SSD）的结构与工作原理分析固态硬盘的优势与挑战第七章：太阳能电池与光电子器件7.1 太阳能电池解释太阳能电池的原理与分类探讨太阳能电池的优缺点分析太阳能电池的应用领域7.2 光电子器件解释光电子器件的分类与应用探讨光电子器件的发展趋势第八章：半导体传感器8.1 传感器的基本概念解释传感器的作用与分类探讨传感器的基本原理分析传感器的主要参数8.2 常见半导体传感器介绍常见的半导体传感器类型解释半导体传感器的原理与应用分析半导体传感器的优势与挑战8.3 传感器在物联网中的应用探讨物联网与传感器的关系介绍传感器在物联网应用中的实例分析物联网传感器的发展趋势第九章：半导体激光器与光通信9.1 半导体激光器解释半导体激光器的工作原理探讨半导体激光器的特性与参数分析半导体激光器的应用领域9.2 光通信原理解释光纤通信与无线光通信的区别探讨光通信系统的组成与工作原理9.3 光通信器件与技术介绍光通信器件的类型与功能解释光通信技术的分类与发展趋势分析光通信在现代通信系统中的应用第十章：半导体技术与未来趋势10.1 摩尔定律与半导体技术发展解释摩尔定律的概念与意义探讨摩尔定律对半导体技术发展的影响分析半导体技术的未来发展趋势10.2 纳米技术与半导体器件介绍纳米技术在半导体器件中的应用解释纳米半导体器件的特性与优势探讨纳米半导体器件的未来发展趋势10.3 新兴半导体技术与应用分析新兴半导体技术的种类与应用领域探讨量子计算、生物半导体等未来技术的发展前景预测半导体技术与产业的未来发展趋势重点和难点解析重点环节一：半导体的定义与特性重点环节二：半导体的分类与制备重点环节三：PN结与二极管重点环节四：双极型晶体管（BJT）重点环节五：场效应晶体管（FET）重点环节六：半导体存储器重点环节七：太阳能电池与光电子器件重点环节八：半导体传感器重点环节九：半导体激光器与光通信重点环节十：半导体技术与未来趋势全文总结和概括：本文主要对半导体的基础知识进行了深入的解析，包括半导体材料的分类与特性、半导体的制备方法、PN结与二极管、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）、半导体存储器、太阳能电池与光电子器件、半导体传感器、半导体激光器与光通信以及半导体技术与未来趋势等内容进行了详细的阐述。

基础知识半导体的研究和应用，虽然历史不长，但在科学、技术以及国民经济中已起着十分重要的作用。

在机械、冶金、化工、电子、空间技术以及国防工业等领域有着广泛的应用，差不多国民经济的每一个部门都要用到半导体。

半导体工业的兴起，被认为是上世纪六十年与原子能同等重要的世界科学新成就。

集成度探测器灵敏度整流元件高耐压大功率光电转换率1．绝缘体、半导体和导体物质就其导电性质而言，可分为绝缘体、半导体和导体。

金、银、铜、铁、铝等金属，具有良好的导电性能，称为导体。

橡胶、木材、玻璃、玛瑙、电木等不能导电的物质，称为绝缘体。

导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，称为半导体。

如：硅、锗、氧化铜、硫化铝等。

物体的导电能力一般用材料的电阻率的大小来衡量，它的单位是欧姆．厘米（Ω·cm）。

电阻率越小，导电能力越强，电阻率越大，导电能力越弱。

2．半导体材料的种类半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类：●元素半导体又称为单质半导体。

在元素周期表中介于金属和非金属之间的元素。

其中具有实用价值的有硅、锗、硒。

50年代，锗在半导体中占主导地位，到60年代后期逐渐被硅材料取代。

用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，因此，硅成为应用最多的一种半导体材料,目前的集成电路大多数(70%以上)是用硅材料制造的.硅的物理化学性质：硅是元素周期表中四族元素，自然界中含量仅次于氧，居第二。

在自然界中硅主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。

结晶形硅是一种有灰色金属光泽的晶体，与金刚石具有类似的晶格，性质硬而脆。

元子量、原子密度、比重、本征载流子浓度、本征电阻率---；硅的许多化合物及在许多化学反应中的行为与磷很相似。

硅极易与卤素化合。

在1000℃以上与氮反应，生成氮化硅。

化学性质不活泼，在常温下很稳定，不溶于所有的酸（包括氢氟酸）。

在高温下，化学活泼性大大增加。

●化合物半导体化合物半导体是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。

低频电子线路信息学院2003级本科生使用编辑、制作：傅仲文河北工业大学电气与自动化学院Chapter 1晶体二极管Semiconductor Diode•§1.1半导体物理基础知识•1.1.1本征半导体•1.1.2杂质半导体•1.1.3两种导电机理：漂移和扩散•§1.2PN Junction(PN结)•1.2.1动态平衡下的PN结•1.2.2PN结的伏安特性•1.2.3PN结的击穿特性•1.2.4 PN结的电容特性•§1.3晶体二极管电路的分析方法• 1.3.1 晶体二极管模型•1.3.2晶体二极管电路分析方法§1.4晶体二极管的应用1.4.1 整流与稳压电路1.4.2限幅电路§1.1 半导体物理基础知识导体、半导体、绝缘体Conductors Semiconductors Insulators 硅、锗、砷化镓Silicon Germanium Gallium arsenide硅和锗的原子结构模型锗(Germanium)硅(Silicon)1.1.1 本征半导体Intrinsic Semiconductor惯性核模型价电子(Valence Electron)惯性核(Inert Ionic Core)硅(Silicon)锗(Germanium)Covalent Bond (共价键结构）共价键结构平面示意图硅晶体的晶体结构本征：本质、纯净一、本征半导体共价键结构示意图惯性核价电子共价键二、本征激发和复合(Generation and Recombination)空穴(Hole)自由电子Free Electron 复合（Recombination)激发（Generation)本征激发和复合空穴∙自由电子空穴在晶格中的移动自由电子的运动∙本征激发现象：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象复合现象：自由电子与空穴相遇结合一定温度条件下激发与复合达到动态平衡两种载流子（Charge Carriers)本征激发Generation自由电子Free Electrons空穴Holes复合RecombinationNegativeCharge CarrierPositiveCharge Carrier三、热平衡载流子浓度（Intrinsic Concentration)kTE i g e AT n 22/30--=A ：常数(S:3.88⨯1016cm -3K -3/2，G:1.76⨯1016cm -3K -3/2);T:温度（︒K ）;k ：玻尔兹曼常数（8.63⨯10-5eV/︒K)；E go ：T=0时的禁带宽度(S:1.21eV ，G:0.785eV).例如：在T=300K 时，硅：n i ≈1.5⨯1010cm -3锗：n i ≈2.4⨯1013cm -3硅原子密度4.96⨯1022cm -31.1.2 杂质半导体Doped (Extrinsic ) Semiconductor施主杂质DonorImpurityDonorImpurity 电子：掺杂+本征激发，空穴：本征激发Intrinsic SemicomductorExtrinsic （Doped)Semicomductor施主杂质掺杂N-type一、N型半导体(N-type Semiconcuctor)（本征半导体掺入五价元素）N-type(Negative)二、P型半导体(P-type Semioconductor)（本征半导体掺入三价元素）P-type(Positive)P-type Semiconductor受主杂质Acceptor 电子：本征激发，空穴：掺杂+本征激发N 型半导体多子少子电子空穴P 型半导体多子少子空穴电子由掺杂原子提供,如硅掺杂浓度：n=8×1016/cm 3本征激发决定，如本征硅T=300K 时，n i=1.5⨯1010/cm 3硅原子密度4.96⨯1022/cm3本征锗T=300K 时，n i =2.4⨯1013/cm3Majority CarriersMinority Carriers Electrons Holes三、多子和少子热平衡浓度200inp n n o : 自由电子热平衡浓度值；p o ：空穴热平衡浓度值；n i ：本征载流子浓度值。