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《常用半导体器件》PPT课件

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半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

有限，因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子（
都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成：实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号：P
N
阳极
阴极
分类：
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路（Analog Circuit）及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术

半导体器件物理(详尽版)ppt

半导体器件物理(详尽版)ppt

半导体 电阻率介于导体和绝缘体之间 。导体（电阻率小于10-8Ω·m）， 绝缘体（电阻率大于106Ω·m）。
晶体 自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶 体（如石英、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。
1.1 半导体的晶格结构
五种常见的晶格结构
●简单立方结构 ●体心立方结构 ●面心立方结构 ●金刚石结构 ●闪锌矿结构
图中“● ”表示价带内的电子 ;图中“○ ”表示价带内的空穴。
思考
• 既然半导体电子和空穴都能导电，而导体只有电子导电，为什么半导体的导 电能力比导体差？
●导带底EC
导带电子的最低能量
●价带顶EV
价带电子的最高能量
●禁带宽度 Eg
Eg=Ec-Ev
●本征激发 由于温度，价键上的电子 激发成为准自由电子，亦 即价带电子激发成为导带 电子的过程 。
●价带
由价电子形成的能带，但半导体 材料价电子形成的低能级能带通 常称为价带。
●禁带宽度/Eg
导带和价带之间的能级宽度，
单位是能量单位：eV（电子伏特）
图1-6
导体、绝缘体、半导体的能带示意图
3~6eV
禁带比较窄，常 温下，部分价带 电子被激发到空 的导带，形成有 少数电子填充的 导带和留有少数 空穴的价带，都
电子不仅可以围绕自身原子核旋转，而且可以转到另一个原子周围，即 同一个电子可以被多个原子共有，电子不再完全局限在某一个原子上， 可以由一个原子转到相邻原子，将可以在整个晶体中运动。
共有化运动
由于晶体中原子的周期性 排列而使电子不再为单个 原子所有的现象，称为电 子共有化。
在晶体中，不但外层价电 子的轨道有交叠，内层电 子的轨道也可能有交叠， 它们都会形成共有化运动；

常用半导体器件

常用半导体器件

1.特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
硅管0.5V, 开启电压
锗管0.1V。
外加电压大于开启 电压二极管才能通。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
一、本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。

半导体基础知识PPT培训课件

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目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。

常用半导体器件

常用半导体器件

流的限流电阻！
稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA， Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻 R=200 ，求iZ。
若负载电阻变化范围为1.5 k -- 4 k ，是否还能稳 压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
i
工作原理： 无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管
• 作业 • 1.3 1.4 1.6 1.7
§1.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
PN结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。
i/ mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反 向
0 0.5 1.0 u / V 击穿电–压0.002
特
U(BR–) 0.004
性
图 1.1.8 PN结的伏安特性
反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿
四、PN结的电容效应
当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
ui和uo的波形如图所示
u o /V
10
t
O
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
五、稳压二极管
限流电阻

《常用半导体器件》课件

《常用半导体器件》课件

反向击穿电压：二极管在反向电压作用下， 能够承受的最大电压
开关速度：二极管从正向导通到反向截止 的时间
反向漏电流：二极管在反向电压作用下， 流过二极管的电流
噪声系数：二极管在信号传输过程中产生 的噪声大小
晶体管的特性参数与性能指标
输出电阻：ro，表示晶体管 输出端的电阻
频率特性：fT，表示晶体管 能够工作的最高频率
使用注意事项：在使用二极 管时，需要注意二极管的极 性，避免接反导致电路损坏
散热问题：在使用二极管时， 需要注意二极管的散热问题， 避免过热导致电路损坏
晶体管的选用与使用注意事项
晶体管类型：根据电路需求选择合适的晶体管类型，如NPN、PNP、 MOSFET等。
工作频率：选择工作频率满足电路需求的晶体管，避免频率过高导致晶 体管损坏。
06
半导体器件的选用与使 用注意事项
二极管的选用与使用注意事项
选用原则：根据电路要求选 择合适的二极管类型和参数
正向导通电压：选择二极 管时，需要考虑正向导通 电压与电路电压的匹配
反向耐压：选择二极管时， 需要考虑反向耐压与电路电 压的匹配
反向漏电流：选择二极管时， 需要考虑反向漏电流与电路 要求的匹配
稳定性： 指集成电 路在正常 工作状态 下的稳定 性能
集成电路 的封装形 式：包括 DIP、 QFP、 BGA等
集成电路 的应用领 域：包括 消费电子、 通信、汽 车电子等
场效应管的特性参数与性能指标
栅极电压：控制场效应管的导通和关断 漏极电流：场效应管的输出电流 输入阻抗：场效应管的输入阻抗高，可以减少信号损失 输出阻抗：场效应管的输出阻抗低，可以减少信号损失 开关速度：场效应管的开关速度快，可以减少信号损失 功耗：场效应管的功耗低，可以减少能源消耗

常用半导体器件及应用

(4)输入设备：是向计算机输入数据和信 息的设备，是计算机与用户或上其一他页 设下备一页通返回
1.1操作系统的概念
输入设备(input device)是人或外部与计 算机进行交互的一种装置，用于把原始数 据和处理这些数据的程序输入计算机中。 现在的计算机能够接收各种各样的数据， 既可以是数值型的数据，也可以是各种非 数值型的数据，如图形、图像、声音等都 可以通过不同类型的输入设备输入计算机 中，进行存储、处理和输出。
第8章 常用半导体器件及应用
8.1 半导体二极管 8.2 稳压二极管 8.3 发光二极管 8.4 二极管的应用举例(半波整流) 8.5 晶体三极管 8.6 三极管的应用举例
8.1 半导体二极管
8. 1. 1半导体基础知识
1.本征半导体 自然界的物质按其导电性能分为导体、绝缘体和半导体。半
1.1操作系统的概念
1.1.1 计算机系统
计算机系统就是按照人的要求接收和存储 信息，自动进行数据处理和计算，并输出 结果信息的机器系统。它是一个相当复杂 的系统，即使是目前非常普及的个人计算 机也是如此。计算机系统拥有丰富的硬件、 软件资源，操作系统要对这些资源进行管 理。一个计算机系统由硬件（子）系统和 软件（子）系统组成。其中，硬件系统是 借助电、磁、光、机械等原理构成的各种 物理部件的有机结合，它构成了系统下本一页身返回
1.1操作系统的概念
1．计算机硬件简介
操作系统管理和控制计算机系统中的所有 软硬件资源。由计算机系统的层次结构可 以看出，操作系统是一个运行在硬件之上 的系统软件，因此有必要对运行操作系统 的硬件环境有所了解。
计算机硬件是指计算机系统中由电子、机 械和光电元件等组成的各种物理装置的总 称。这些物理装置按系统结构的要求构成 一个有机整体，为计算机软件运行提供物 质基础。简而言之，计算机硬上件一的页 功下能一页是返回

常用半导体器件介绍

极
基极和发射极之间 的PN结称为发射
结
基极和集电极之间 的PN结称为集电
结
发射结和集电结之 间的区域称为基区
基区非常薄，通常 只有几微米
三极管内部电流的 流动方向与PN结 的导电方向有关
三极管具有放大作 用，可以将小信号
放大成大信号
三极管的特性
01 电流放大：三极管具有电流放大作用，可以 将微弱的输入信号放大为较大的输出信号。
半导体器件可以分为两类：主动器 件和被动器件。主动器件如晶体管、 集成电路等，可以控制电流的流动； 被动器件如电阻、电容、电感等， 主要用来传输和存储信号。
半导体器件的性能和可靠性对电 子设备的性能和可靠性具有重要 影响。
半导体器件的分类
双极型晶体管（BJT）： 场效应晶体管（FET）：
如PNP、NPN等
事等
光电器件的发 展趋势是高速、 低功耗、集成
化
光电器件的分类
光电导器件：利用光电效应工作的器件，如光敏 二极管、光敏三极管等。
光电发射器件：利用外光电效应工作的器件，如 光电管、光电倍增管等。
光敏电阻：利用光敏电阻的光电导效应工作的器 件，如光敏电阻、光敏电容等。
光敏晶体管：利用光敏晶体管的光电导效应工作 的器件，如光敏晶体管、光敏场效应晶体管等。
01
由一个PN结组成
03
PN结具有单向导电性
02
P型半导体和N型半导体相 互接触形成PN结
04
电流只能从P型半导体流向N 型半导体，不能反向流动
二极管的特性
01
单向导电性：二极 管只允许电流从一 个方向通过，具有 单向导电性。
02
整流作用：二极管 可以将交流电转换 为直流电，具有整 流作用。

第1章常用半导体器件

1.1.1 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体
一、导体、半导体和绝缘体 导体、
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 导体 一般都是导体。 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体 绝缘体， 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 陶瓷、塑料和石英。 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体： 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 半导体， 体之间，称为半导体 如锗、 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 和一些硫化物、氧化物等。
二、P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度， 浓度，即 p >> n。空穴 。 为多数载流子， 为多数载流子 ， 电子为 少数载流子。 少数载流子。
五、PN结的电容效应 结的电容效应
上的电压发生变化时， 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 上的电压发生变化时 将随之发生变化， 结具有电容效应。 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 结具有电容效应 势垒电容 电容效应包括两部分 扩散电容 1. 势垒电容 b 势垒电容C 结的空间电荷区变化形成的。 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
公式推导过程略
四、PN结的伏安特性 结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。 之间的关系曲线。
i/ mA
60 40 20 –50 –25 0 0.5 1.0 u / V – 0.002
正向特性

1章 常用半导体器件图


ΔI 0
0
ui
U
ΔU
例4.Dio －
E
5.稳压管的参数及应用
• ⑴.稳压管的(应用电路)工作原理：
IR ＋
R
Ui
Z
IZ
IL RL
•
┗┓ D
－
IR=IZ + IL IR =(Ui –UZ)/R
稳压管的伏安特性和等效电路
返回
⑴.稳压管稳压电路
返回
⑵.稳压管的参数
• • • • • ①.稳定电压UZ ②.稳定电流IZ ③.额定功耗PZ ④.稳压管的温度系数 ⑤.动态电阻rZ
(1).PN结内部载流子 的运动：
①.多子的扩散运动： ②.自建电㘯和 耗尽层的形成： 载流子复合
③.少数载流子的 漂移运动：
返回
2. PN结的单向导电性：
(1). PN结加正向电压时导通
返回
(2).PN结加反向电压时截止
返回
3.PN结的伏安特性
• ⑴. PN结的电流方程：
i Is(
qu kT
返回
图1.5.1 单结晶体管的结构示意图和等效电路
返回
图1.5.2 单结晶体管特性曲线的测试
返回
图1.5.3 单结晶体管组成的振荡电路
返回
图1.5.4 晶闸管的外形
返回
图1.5.5 晶闸管的结构、等效电路和符号
返回
图1.5.6 晶闸管的工作原理
返回
图1.5.7 晶闸管的伏安特性曲线
返回
返回
图1.6.1 基片与管芯图
返回
图1.6.2 集成电路的剖面图及外形
返回
图1.6.3 PN结隔离的制造工艺
Pi=Ni
P = Pa ＋ Pi N = Ni （多子）P＞n（少子）
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(2) 外加反向电压
P
电荷区变宽
N
---+++
外加电压 N→ P，这种情况 - - - + + +
称为PN结反向偏置。这时，
---+++
外电场增强内电场的作用。在 外电场的作用下，P区中的空 穴和N区中的自由电子各自背
---+++
外电场
离空间电荷区运动，使空间电 荷变宽，从而抑制了多子的扩
E
图6.1.9 反向偏置的PN结


图6.1.1 硅和锗的 原子结构简化模型
+44

++44

+44

二二个个电电子子 的的共共价价键键
正离子
电子——空穴对的产生



++44 ++44 ++44






++44 ++44
++44






++44 ++44 ++44



受热挣脱共 价键束缚形 成自由电子
形成电子——空穴对
共价键中原 来位置留下 一个空位



+44 +44 +44




Байду номын сангаас
x1 外电场E
+44
+44 +44



x2



+44 +44 +44


x3
图6.1.4 电子与空穴的移动
1．N型半导体
电子是多数载流子
掺入五价杂质元素 杂质原子提供多余的电子, 空穴是少数载流子
++44
++44 ++44
+44
+45
+44

++44
++44
施主原子
+44
在外电场作用下 束缚电子：x2→x1， x3→ x2； 相当于空穴：x1→x2→x3
电子运动 空穴电流 两部分电流： 本征激发的自由电子形成电子电流； 空穴移动产生的空穴电流
空穴运动
自由电子与空穴都称为载流子 ，在本征 半导体中，自由电子和空穴的数目相同
5.1.2 杂质半导体
N型半导体（电子型半导体）和P型半导体（空穴型半导体）
面接触型： PN结面积大，可通过较大的电流，电容效应明显。 不能用于高频，常用作低频整流 。
2.特性
I/m A
二极管的伏安特性曲线
二极管方程 I I s (eU /UT 1)
IS
UT=kT/q为温度电压当量。在常 U B R 20 10 温（T=300K）下，UT≈26mV。 反向特性
死区 电压
图6.1.6 P型半导体的晶体结构
空穴是多数载流子 电子是少数载流子
5.1.3 PN结
电子
1．PN结的形成 扩散
P
N
- - - +++
P
空间电荷区
N
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
- - - +++
多数载流子的扩散→ 空穴 空间电荷区→内电场
UBR称为反向击穿电压
5.2.2 二极管的主要参数
1．最大整流电流IF 最大整流电流是指二极管长时间工作时，允许流过二极管的最大
正向平均电流，它由PN结的结面积和散热条件决定。
2．最大反向工作电压UR 它是二极管加反向电压时为防止击穿所取的安全电压，一般将反
向击穿电压UBR的一半定为最大反向工作电压UR。 3．反向电流IR IR是指二极管加上最大反向工作电压UR时的反向电流。IR愈小， 二极管的单向导电性就愈好。此外，由于反向电流是由少数载流
态。
5.2 半导体二极管
5.2.1 二极管的结构与特性
1.结构
外壳 触丝 N型锗片 引线
铝合金小球
阳极引线 PN结
N型硅 金锑合金
P D
N
阴极引线
底座
(a)
(b)
(c)
图6.2.1 半导体二极管
(a)点接触型 (b)面接触型 (c)表示符号
点接触型：PN结面积小，结电容小，适用于高频和小功率 ，用 作高频检波和脉冲开关
扩散 载流子在电场作用下的 定向运动称为漂移运动
内电场
U0
内电场→阻碍扩散并使少数 载流子产生漂移→空间电荷 区减小→内电场减弱
当扩散和漂移达到动态平衡时，空间电荷区的宽度就稳定下来。 PN结就处于相对稳定的状态 电位壁垒UD的大小，硅材料为0.6~0.8V，锗材料为0.2~0.3V
2．PN结的单向导电性 (1) 外加正向电压
第五章 常用半导体器件
5.1 半导体基础知识
导 体：电阻率小于10-4Ωcm
绝缘体：电阻率大于1010Ωcm
半导体：电阻率介于10-4~1010Ωcm之间
5.1.1 本征半导体



+44 ++44 +44






++44
+44 ++44 +44

O U th 0.5
正向特性
1.0 U /V
当二极管加反向电压时，U<0，若|U|>>UT，则，eU /UT 0 ，I≈Is。
当二极管加正向电压时，若U>>UT，则，eU /UT 1 ，I IseU /UT
电流与电压基本上为指数关系。
Uth称为死区电压或门坎电压。Uth的大小与材料和温度有关，通 常硅管约为0.5V，锗管约为0.1V；二极管导通时的正向压降，硅 管为0.6~0.8V，锗管为0.2~0.3V。
散，加强了少子的漂移，形成
反向电流。由于少子的浓度很 结论 PN结具有单向导电性：PN结
低，因此这个反向电流非常小，正向偏置时，回路中有较大的正向
反向电流又称为反向饱和电流，电流，PN结呈现的电阻很小，PN
通常用Is表示 。
结处于导通状态；当PN结反向偏置 时，回路中的电流非常小，PN结呈
现的电阻非常高，PN结处于截止状
P
--
--
---
电荷区变窄
N
-+++
-+++
-+++
-+++
外电场
E
图6.1.8 正向偏置的PN结
外加电压 P→N，外电场削弱内电场，PN结的动态平衡被破坏，
在外电场的作用下，P区中的空穴进入空间电荷区，与一部分负离 子中和，N区中的自由电子进入空间电荷区与一部分正离子中和， 于是整个空间电荷区变窄，从而使多子的扩散运动增强，形成较 大的扩散电流，这个电流称为正向电流，其方向是从P区指向N区。 这种外加电压接法称为正向偏置
+44


施主原子提供的

多余的电子

++44
+44


++44
++43 ++44
+44

受主原子
+44
受主原子提供
的空穴
+44

图6.1.5 N 型半导体的晶体结构
2．P型半导体 掺入三价杂质元素 杂质原子提供空穴,