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1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性:极差。
如惰性气体和橡胶.半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧.半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间.半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化.晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子.空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流.自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发.复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
1.1 半导体基础知识1.1.1 半导体的特性自然界的各种物质，根据其导电能力的差别，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。
[下一页]半导体的特性硅原子的序数是14、原子核外有14个电子，最外层有4个电子，称为价电子，带4个单位负电荷。
通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。
惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。
[下一页]1.1.2 本征半导体在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合。
每一个原子的价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。
这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起，构成所谓共价键的结构。
一般来说，共价键中的价电子不完全像绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获得一定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由电子，这种物理现象称作为本征激发，价电子受激发挣脱原子核的束缚成为自由电子的同时，在共价键中便留下了一个空位子，称“空穴”。
如图所示。
当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个空穴又可能被相邻原子的价电子填补，再出现新的空穴。
价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于带正电荷的空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。
为了区别于自由电子的运动，把这种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正电荷的载流子。
在本征半导体内部自由电子与空穴总是成对出现的，因此将它们称作为电子-空穴对。
当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复一个共价键，与此同时消失一个“电子-空穴”对，这一相反过程称为复合。
在一定温度条件下，产生的“电子空穴对”和复合的“电子空穴对”数量相等时，形成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，达到动态平衡时，“电子-空穴对”维持一定的数目。
可见，在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而金属导体中只有自由电子一种载流子，这是半导体与导体导电方式的不同之处。
当温度升高时，本征激发产生的“电子—空穴”对数目增多。
因此，半导体载流子浓度受温度影响比较大。
[下一页]1.1.3 杂质半导体1、N型半导体磷原子最外层有5个价电子，它与周围的4个硅原子组成4对共价键，还多余1个价电子，它只受磷原子对它微弱的束缚，因此它很容易挣脱束缚而成为自由电子，磷原子失去一个电子而成为不能移动的正离子。
磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。
在本征半导体中，每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的空穴的数目不变。
这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数目就远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。
显然，参与导电的主要是电子，故这种半导体称为电子半导体，也称为N型半导体。
N型半导体特点：掺杂：五价元素自由电子—多数载流子，主要由掺杂质产生空穴—少数载流子，由本征激发产生[下一页]2、P型半导体硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。
这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。
同时，邻近共价键上出现1个空穴。
由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。
在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发产生的电子的数目，成为多数载流子，而电子则成为少数载流子。
显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。
P型半导体特点：掺杂：三价元素空穴—多数载流子，主要由杂质原子提供自由电子—少数载流子，由本征激发产生[下一页]1.2 PN结PN结是构成各种半导体器件的核心。
许多半导体器件都是用不同数量的PN结构成的，所以PN结的理论是半导体器件的基础。
[下一页]1.2.1 PN结的形成由于P区的多数载流子是空穴，少数载流子是电子；N区多数载流子是电子，少数载流子是空穴，这就在交界面两侧明显地存在着两种载流子的浓度差。
因此，N区的电子必然越过界面向P区扩散，并与P区界面附近的空穴复合而消失，在N区的一侧留下了一层不能移动的正离子；同样，P区的空穴也越过界面向N区扩散,与N区界面附近的电子复合而消失，在P区的一侧，留下一层不能移动的负离子。
扩散的结果，使交界面两侧出现了由不能移动的带电离子组成的空间电荷区，因而形成了一个由N区指向P区的电场，称为内电场。
随着扩散的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，由于内电场的作用是阻碍多子扩散，促使少子漂移，所以，当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，将形成稳定的空间电荷区，称为PN 结。
由于空间电荷区内缺少载流子，所以又称PN结为耗尽层或高阻区。
1.2.2 PN结的单向导电性PN结在未外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。
在PN结两端外加不同极性的电压时，就打破了原来的动态平衡，而呈现出单向导电的特性。
[下一页]一、PN结外加正向电压(正向偏置）当P区接电源正极、N区接电源负极时，称PN结外加正向电压（或称正向偏置），如图所示。
由于PN结是高阻区，而P区和N区的电阻很小，所以正向电压几乎全部加在PN结两端。
在PN结上产生一个外电场，其方向与内电场相反，在它的推动下，N区的电子要向P区扩散，并与原来空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变窄。
同样，P区的空穴也要向N区扩散，并与原来空间电荷区的负离子中和，使空间电荷区变窄。
结果使内电场减弱，破坏了PN结原有的动态平衡。
于是扩散运动超过了漂移运动，扩散又继续进行。
与此同时，电源不断向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，结果在电路中形成了较大的正向电流I F。
而且I F随着正向电压的增大而增大。
[下一页]二、PN结外加反向电压(反向偏置）当P区接电源负极、N区接电源正极时，称PN结外加反向电压（或称反向偏置），如图所示。
反向电压产生的外加电场的方向与内电场的方向相同，使PN结内电场加强，它把P区的多子（空穴）和N区的多子（自由电子）从PN结附近拉走，使PN结进一步加宽，PN结的电阻增大，打破了PN结原来的平衡，在电场作用下漂移运动大于扩散运动。
这时通过PN结的电流，主要是少子形成的漂移电流，称为反向电流I R。
由于在常温下，少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，它几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。
当反向电流可以忽略时，就可认为PN结处于截止状态。
由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子-空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。
[下一页]1.2.4 PN结的电容效应PN结两端的电压变化时，PN结内的电荷有变化，说明PN结具有电容效应。
PN结的电容效应表现为两种：势垒电容和扩散电容。
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成。
PN结的偏置电压改变时，空间电荷区的宽度随之变化，电荷量也随之变化，类似于电容的充放电，PN结的这种电容效应用势垒电容等效。
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。
当PN结加正向电压时，N区的电子扩散到P区，同时P区的空穴也向N区扩散，多子的扩散运动，使PN结两侧的电荷积聚起来。
若PN结正向电压加大，则多子的扩散运动加强，积累的电荷增加；若PN 结正向电压减小，则多子的扩散运动减弱，积累的电荷也将减少，这种电容效应用扩散电容来等效。
PN结小结综上所述，PN结正偏时，正向电流较大，相当于PN结导通；反偏时，反向电流很小，相当于PN结截止。
这就是PN结的单向导电性。
PN结电流I与电压U的关系可写成I S—反向饱和电流U T—温度的电压当量，常温下U T=26mV关系特性如图所示。
1.3 半导体二极管1.3.1 基本结构及分类半导体二极管也称晶体二极管，它是在PN结上加接触电极、引线和管壳封装而成的。
按其结构不同，通常有点接触型、面接触型和平面型三类。
按使用的半导体材料分：硅二极管和锗二极管；按用途分：普通二极管、整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、变容二极管、光电二极管等。
1.3.2 二极管的特性主要特性：单向导电性，通常用伏安特性表示。
伏安特性：是指流过二极管的电流I与加于二极管两端的电压U之间的关系曲线。
如图所示一．正向特性(U>0)1.0<U<U thI=0——死区,二极管截止。
U th死区电压（门限电压）硅管：U th=0.5V锗管：U th=0.1V2.U>U th正向电流随正向电压几乎线性增长，二极管导通。
正向电流随正向电压线性增长时所对应的正向电压，称为二极管的正向导通电压，用U F 来表示。
硅管：U F=（0.6~0.8）V,一般取0.7V。
锗管：U F =（0.1~0.3）V,一般取0.2V。
二.反向特性（U<0）反向电压较小时，I=I s=0,二极管反向截止。
I s—反向饱和电流反向电压达到U BR时，反向电流剧增，二极管被反向击穿。
U BR——反向击穿电压U BR视不同二极管而定，普通二极管一般在几十伏以上，且硅管较锗管为高。
三.二极管的温度特性二极管是温度敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大，如图所示。
一般在室温附近，温度每升高1℃，其正向压降减小2～2.5mV；温度每升高10℃，反向电流大约增大1倍左右。
综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点：1.二极管具有单向导电性；2.二极管的伏安特性具有非线性；3.二极管的伏安特性与温度有关。
1.3.3 主要参数1.最大整流电流I F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.最大反向工作电压U R二极管允许的最大工作电压。
当反向电压超过此值时，二极管可能被击穿。
为了留有余地，通常取击穿电压的一半作为U R。
3.反向电流I R指二极管未击穿时的反向电流。
此值越小，管子的单向导电性越好。
由于反向电流是由少数载流子形成的，所以，I R受温度的影响很大。
4.最高工作频率f M最高工作频率f M的值主要取决于PN结结电容的大小，结电容越大，二极管允许的最高工作频率越低。
二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子的参数。
在使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压。
1.3.4 二极管的应用在电子技术中，二极管电路得到广泛应用，如整流电路、限幅电路、低电压稳压电路和开关电路等。
