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什么是半导体器件常见的半导体器件有哪些半导体器件是指在半导体材料基础上制造的电子器件。
它具有介于导体与绝缘体之间的特性，既能够传导电流，又能够控制电流的大小和方向。
半导体器件广泛应用于电子、通信、计算机、光电等领域，是现代科技发展的基础之一。
半导体器件的种类繁多，涵盖了许多不同的功能和应用。
下面将介绍一些常见的半导体器件：1. 整流器件整流器件用于将交流电转换为直流电，常见的整流器件有二极管和整流桥。
二极管是最基础的半导体器件之一，通过正向电压使电流通路畅通，而反向电压则阻止电流流动。
整流桥由四个二极管组成，可以实现更高效的电流转换。
2. 放大器件放大器件可以将输入信号信号放大输出，常见的放大器件有晶体管和场效应晶体管（FET）。
晶体管通过控制输入电流，改变输出电流的放大倍数，广泛应用于各种放大和开关电路中。
FET则是利用场效应原理，通过控制栅极电压来调节输出电流。
3. 逻辑器件逻辑器件用于实现逻辑运算和数据处理，常见的逻辑器件有门电路、触发器和寄存器。
门电路包括与门、或门、非门等，用于实现与、或、非等逻辑运算。
触发器和寄存器则用于存储和传输数据，实现时序逻辑功能。
4. 可控器件可控器件可以通过控制信号来改变器件的电特性，常见的可控器件有可控硅（SCR）和可控开关。
可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，可以实现高压大电流的控制。
可控开关通过改变输入信号的状态，控制输出电路的导通和断开。
5. 光电器件光电器件将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号。
常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻和光电晶体管。
光电二极管具有较快的响应速度，可用于光电转换和光通信。
光敏电阻对光信号具有较大的灵敏度，常用于光控开关和光敏电路。
光电晶体管通过光控电流来控制电流的通断，常用于光电触发器和光电继电器。
除了以上提到的常见半导体器件，还有诸如二极管激光器、发光二极管（LED）、MOSFET、IGBT等。
这些器件在不同的应用领域发挥着重要的作用，推动着科技的不断进步和创新。
第1章常用半导体器件一．选择题1、半导体导电的载流子是____C____，金属导电的载流子是_____A__。
A．电子B．空穴C．电子和空穴Ｄ．原子核2、在纯净半导体中掺入微量3价元素形成的是___A_____型半导体。
A. PB. NC. PND. 电子导电3、纯净半导体中掺入微量5价元素形成的是____B____型半导体。
A. PB. NC. PND. 空穴导电4、N型半导体多数载流子是B，少数载流子是 A ；P型半导体中多数载流子是A ，少数载流子是B 。
A．空穴B．电子Ｃ．原子核Ｄ．中子5、杂质半导体中多数载流子浓度取决于 D ，少数载流子浓度取于 B 。
A．反向电压的大小B．环境温度C．制作时间D．掺入杂质的浓度6、PN结正向导通时，需外加一定的电压U，此时，电压U的正端应接PN结的 A ，负端应接PN结 B 。
A．P区B．N区7、二极管的反向饱和电流主要与 B 有关。
(当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。
)A．反向电压的大小B．环境温度C．制作时间D．掺入杂质的浓度8、二极管的伏安特性曲线反映的是二极管 A 的关系曲线。
A．V D-I D B．V D-r D C．I D-r D D．f-I D9、用万用表测量二极管的极性，将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻很小（几千欧以下），则黑表笔所接电极为二极管的 C 。
A．正极B．负极C．无法确定10、下列器件中， B 不属于特殊二极管。
A．稳压管B．整流管C．发光管D．光电管11、稳压二极管稳压，利用的是稳压二极管的 C 。
A．正向特性B．反向特性C．反向击穿特性12、稳压管的稳定电压V Z是指其 D 。
A ．反向偏置电压B ．正向导通电压C ．死区电压D ．反向击穿电压13、光电二极管有光线照射时，反向电阻 A 。
(反压下，光照产生光电流)A ．减少B ．增大C ．基本不变D ．无法确定14、三极管的主要特征是具有____C____作用。
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件半导体器件是指由半导体材料制成的用于电子、光电子、光学和微波等领域的电子元器件。
它具有半导体材料固有的特性，可以在不同的电压和电流条件下改变其电子特性，从而实现电子器件的各种功能。
常见的半导体器件有以下几种：1. 二极管（Diode）：二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管具有单向导电性，可以将电流限制在一个方向。
常见的二极管应用包括整流器、稳压器和光电二极管等。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种电子放大器和开关器件，由三层或两层不同类型的半导体材料构成。
晶体管可分为双极型（BJT）和场效应型（FET）两种。
它广泛应用于放大器、开关电路和逻辑电路等领域。
3. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：MOSFET是一种常用的场效应晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和可控性强等特点，被广泛应用于数字电路、功率放大器和片上系统等领域。
4. 整流器（Rectifier）：整流器是一种将交流电转换为直流电的器件。
它主要由二极管组成，可以实现电能的转换和电源的稳定。
整流器广泛应用于电源供电、电动机驱动和电子设备等领域。
5. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够将电能转换为光能的器件。
它具有高亮度、低功耗和长寿命等特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
6. 激光二极管（LD）：激光二极管是一种能够产生相干光的器件。
它具有高亮度、窄光谱和调制速度快等特点，广泛应用于激光打印、激光切割和光纤通信等领域。
7. 三极管（Triode）：三极管是晶体管的前身，它由三层不同类型的半导体材料构成。
三极管可以放大电流和电压，被广泛应用于放大器、调制器和振荡器等领域。
8. 可控硅（SCR）：可控硅是一种具有开关特性的器件。
它可以控制电流的导通和截止，广泛应用于交流电控制、功率调节和电能转换等领域。
9. 电压稳压器（Voltage Regulator）：电压稳压器是一种用于稳定输出电压的器件。
第01章半导体器件的基础知识1.1 半导体物理学概述1.1.1 半导体的定义半导体是指在温度为室温时，其导电性介于金属和非金属之间的材料。
室温下，半导体的导电性比金属低很多，但比非金属高很多。
1.1.2 能带模型能带模型是用来解释半导体电学性质的重要物理模型之一。
在能带模型中，半导体的能量带分为导带和价带。
导带的电子能量高，而价带的电子能量低，两个带之间有一条禁带（也称带隙），禁带内无可利用的电子。
1.1.3 杂质的作用在半导体中加入适量的杂质后，可以改变半导体的电学性质，如电导率、电子迁移率和载流子浓度等。
常用的杂质有掺杂剂和杂质氧化物等。
1.2 半导体器件的分类根据半导体器件的功能、工作原理和结构等不同属性，可以将其分为多种类型，其中常用的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、集成电路、发光二极管等。
1.2.1 二极管二极管是一种最简单的半导体器件，主要由P型半导体和N型半导体组成。
二极管的主要特点是只允许电流单向通过，具有整流、波形削减和电压稳定等特性，广泛应用于扫描电视机、颜色电视机、发光二极管等电子产品中。
1.2.2 晶体管晶体管是一种三层结构的半导体器件，由三种掺杂纯度不同的半导体材料组成：P型、N型和净掺杂型半导体。
晶体管主要有三种工作方式：放大、开关和振荡。
1.2.3 场效应管场效应管也称为MOS晶体管，是一种用于放大和开关的半导体器件。
场效应管是一种具有电容储能功能的半导体器件，由源、栅、漏三个电极组成，它的主要特点是具有高输入阻抗和良好的线性增益。
1.2.4 集成电路集成电路是一种将多个电子元件整合在单片半导体上的器件，其中包含大量的晶体管、二极管、电阻和电容等。
集成电路广泛应用于计算机、通信、汽车和家电等领域，对提高电路的性能、简化电路结构和减小体积有重要作用。
1.2.5 发光二极管发光二极管是一种具有半导体特性的器件，它能够在一定的外加电压下，将电能转换为光能，并向外辐射光线。
返回＞＞第一章半导体器件§1 半导体基础知识物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。
物质的导电性能取决于原子结构。
导体一般为低价元素，绝缘体一般为高价元素和高分子物质，半导体一般为外层电子为4。
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，所以称为半导体。
一、本征半导体本征半导体：纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。
本征半导体的物质结构：常用的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元素，在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。
在晶体中，每个原子都和周围的4个原子用共价键的形式互相紧密地联系起来。
自由电子与空穴：共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量，其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子，同时必然在共价键中留下空位，称为空穴。
空穴带正电。
半导体的导电性：在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；另一方面，价电子也按一定方向依次填补空穴，即空穴产生了定向移动，形成所谓空穴电流。
载流子：由此可见，半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的穴。
本征半导体中自由电子与空穴是同时成对产生的，因此，它们的浓度是相等的。
我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度，即n i=p i，下标i表示为本征半导体。
载流子的浓度：价电子在热运动中获得能量摆脱共价键的束缚，产生电子—空穴对。
同时自由电子在运动过程中失去能量，与空穴相遇，使电子—空穴对消失，这种现象称为复合。
在一定的温度下，载流子的产生与复合过程是相对平衡的，即载流的浓度是一定的。
本征半导体中的载流子浓度，除了与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度有关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。
所以半导体载流子的浓度对温度十分敏感。
半导体的导电性能与载流子的浓度有关，但因本征载流子在常温下的浓度很低，所以它们的导电能力很差。
二、杂质半导体本征半导体中虽然存在两种载流子，但因本征载流子的浓度很低，所以它们的导电能力很差。
当我们人为地、有控制地掺入少量的特定杂质时，其导电性将产生质的变化。
掺入杂质的半导体称为杂质半导体。
1．N型半导体在本征半导体中掺入微量5价元素，如磷、锑、砷等，则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。
由于杂质原子的最外层有5个价电子，因此它与周围4个硅(锗)原子组成共价键时，还多余1个价电子。
它不受共价键的束缚，而只受自身原子核的束缚，因此，它只要得到较少的能量就能成为自由电子，并留下带正电的杂质离子，它不能参与导电。
由于杂质原子可以提供自由电子，故称为施主原子(杂质) 这种杂质半导体中电子浓度比同一温度下的本征半导体中的电子浓度大好多倍，这就大大加强了半导体的导电能力，我们把这种掺杂的半导体称为N 型半导体。
在N 型半导体中电子浓度远远大于空穴的浓度，即n n >>p n (下标n 表示是N 型半导体)，主要靠电子导电，所以称自由电子为多数载流子(多子)；空穴为少数载流子(少子)。
Negative [ ⏹♏♈☜♦♓❖ ] n.否定，负数；adj.否定的，消极的，负的, 阴性的；vt.否定, 拒绝(接受)2．P 型半导体 在本征半导体中，掺入微量3价元素，如硼、镓、铟等，则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质代替。
杂质原子的三个价电子与周围的硅原子形成共价键时，出现一个空穴，在室温下这些空穴能吸引邻近的价电子来填充，使杂质原子变成带负电荷的离子。
这种杂质因能够吸收电子被称为受主原子(杂质)，这种杂质半导体中空穴是多数载流子，而自由电子是少数载流子。
被称为P 型半导体。
Positive [ ☐☜♦♓❖ ] adj.肯定的, 实际的, 积极的, 绝对的, 确实的；[数]正的；[电]阳的；[语法] 原级的3．杂质半导体的导电性能在杂质半导体中，多子是由杂质原子提供的，而本征激发产生的少子浓度则因与多子复合机会增多而大为减少。
可以证明，在半导体中两种载流子的浓度的乘积是恒定值，与掺杂程度无关，即22i i i i p p n n n p n p n p n p n p ==⋅=⋅=⋅=⋅ 由上式可知，杂质半导体中多子越多，则少子越少。
例：在T ＝300K 时硅原子的浓度为：5.1×1022cm -3此时本征激发产生的电子浓度为：n i =1.43×1010cm -3掺入十亿分之一的施主杂质（五价元素）则杂质原子的浓度为：N D =5×1022×10-9=5×1013cm -3这些杂质原子提供的电子浓度为：N D可见这个数目远大于n i所以自由电子的浓度基本上等于杂质的n=N D =5×1013cm -3而空穴的浓度为：p =n i 2/n =n i 2/N D =(1.43×1010)2/(5×1013)=4.1×106cm -3这个例子说明，微量的掺杂可以使半导体的导电能力大加强。
另外，杂质半导体中少子虽然浓度很低，但它对温度非常敏感，将影响半导体器件的性能。
至于多子，因其浓度基本上等于杂质原子的浓度，所以受温度影响不大。
§2 PN 结在一块本征半导体上，用工艺的方法使其一边形成N 型半导体，加一边形成P 型半导体，则在两种半导体的交界处形成了PN 结。
PN 结是构成其它半导体的器件的基础。
一、异型半导体的接触现象 1．扩散：由于浓度不同产生的运动；由于扩散产生空间电荷区，也产生电场(自建电场)。
2．漂移：在自建电场的作用下，截流子也在电场力的作用下运动，称为漂移。
3．动态平衡：扩散运动和漂移运动的作相等4．耗尽层：阻挡层；空间电荷区二、PN 结的单向导电特性在PN 结外加不同方向的电压，就可以破坏原来的平衡，从而呈现出单向导电特性。
1．PN 结外加正向电压若将电源的正极接P 区，负极接N 区，则称此为正向接法或正向偏置。
此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建电场方向相反，削弱了自建电场，使阻挡层变窄。
扩散作用大于漂移作用，在电源的作用下，多数载流子向对方区域扩散形成电流，其方向由电源正极通过P 区、N 区到达电源负极。
此时，PN 结处于导通状态，它所呈现出的电阻为正向电阻，其阻值很小，T U U S D e I I ≈ I D － 通过PN 结的电流U － PN 结两端的电压q kT U T =― 称为温度电压当量。
K 为玻耳兹曼常数；T 为绝对温度；q 为电子电量，在室温下即T ＝300K 时，U T ＝26mV ；I S 为反向饱和电流。
2．PN 结外加反向电压若将电源的正极接N 区，负极接P 区，则称此为反向接法或反向偏置。
此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建电场方向相同，增强了自建电场，使阻挡层变宽。
此时漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场作用下作漂移运动，由于电流方向与加正向电压时相反，故称为反向电流。
由于反向电流是由少数载流子所形成的，故反向电流很小，而且当外加超过零点几伏时，少数载流子基本全被电场拉过去形成漂移电流，此时反向电压再增加，载流子数也不会增加，因此反向电流也不会增加，故称为反向饱和电流，即I D ＝－I S由于反向电流很小，此时，PN 结处于截止状态，呈现出的电阻称为反向电阻，其阻值很大，高达几百千欧以上。
可见，PN 结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截 止状态，即PN 结具有单向导电特性。
三、PN 结的击穿PN 结处于反向偏置时，在一定电压范围内，流过PN 结的电流是很小的反向饱和电流。
但是当反向电压超过某一数值(U B )后，反向电流急剧增加，这种现象称为反向击穿，U B 称为击穿电压。
PN 结的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。
1．雪崩击穿当反向电压足够高时，阻挡层内电场很强，少数载流子在结区内受强烈电场的加速作用，获得很大的能量，在运动中与其它原子发生碰撞时，有可能将价电子打出共价键，形成新的电子、空穴对。
这些新的载流子与原先的载流一道，在强电场作用下碰撞其它原子打出更多的电子、空穴对，如此链锁反应，使反向电流迅速增大，这种击穿称为雪崩击穿。
2．齐纳击穿 所谓齐纳击穿，是指当PN 结两边掺入高浓度杂质时，其阻挡层宽度很小，即使外加反向电压不太高（一般为几伏），在PN 结内就可形成很强的电场（可达到2×106V/cm ），将共价键的价电子直接拉出来。
产生电子－空穴对，使反向电流急剧增加，出现击穿（齐纳击穿）现象。
对硅材料的PN 结，击穿电压U B 大于7伏时通常是雪崩击穿，小于4伏时通常是齐纳击穿；U B 在4伏和7伏之间时两种击穿均有。
由于击穿破坏了PN 结的单向导电性，因此一般使用时应避免出现击穿现象。
需要指出的是，发生击穿并不意味着PN 结被损坏。
当PN 结反向击穿时，只要注意控制反向电流的数值（一般通过串接电阻R 实现），不使其过大，以免因过热而烧坏PN 结，当反向电压降低时，PN 结的性能就可以恢复正常。
稳压二极管正是利用了PN 结的反向击穿特性来实现的，当流过PN 结的电流变化时，结电压U B 保持基本不变。
四、PN 结的电容效应复习：W C ε=平行板1．势垒电容C T 势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。
空间电荷区是由不能移动的正负杂质离子所形成的，均具有一定的电荷量，所以在PN 结储存了一定的电荷。
当外加电压使阻挡层变宽时，电荷量增加，反之，外加电压使阻挡层变窄时，电荷量减少。
即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变，形成了电容效应，称为势垒电容，用C T 表示。
W S dU dQ C T ε== 由于W 随电压而变化，不是一个常数，因而势垒电容C T 不是一个常数。
随电压变化而变化。
一般C T 为几pF ～200pF ，我们可以利用此电容效应做成变容二极管，作为压控可变电容器。
2．扩散电容C D多子在扩散过程中越过PN 结成为另一方的少子，这种少子的积累也会形成电容效应。
当PN 结处于平衡状态（即无外加电压）时的少子称为平衡少子。
可以认为在耗尽层以外的区域内平衡少子的浓度各处是一样的，当PN 结处于正向偏置时，N 区的电子扩散到P 区后成为非平衡少子，由于浓度差它还要继续扩散，距离交界处越远，非平衡少子的浓度越低。
经过一段区域，非平衡少子几乎全部消失，少子的浓度降为平衡时在P 区的电子浓度。
这样在扩散区内就积累了一定数量的非平衡少子，其电量为图中曲线下的面积。
当正向电压增加时，扩散到P 区的电子浓度增加，电子的分布曲线变陡（扩散电流与浓度成正比）扩散区内积累的电荷量增加，增加量为两条曲线间的面积。
N 区内的空穴也有同样的规律。
外加电压改变时引起扩散区内积累的电荷量变化就形成了电容效应，其所对应的电容称为扩散电容，用C D 表示。
也可见扩散电容正比于正向电流。
PN 结的电容包括两部分C j ＝C T +C D一般来说，PN 结正偏时，扩散电容起主要作用，C j ≈C D ；当PN 结反偏时，势垒电容起主要作用，C j ≈C T 。
