半导体器件的基本特性

自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
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N型半导体和P型半导体
多余电子
N型半导体
硅原子
【Negative电子】
+4
+4 +4
在锗或硅晶体内
掺入少量五价元素
杂质，如磷；这样
+4
在晶体中就有了多 磷原子 余的自由电子。
+4
+5 +4 +4 +4
多数载流子——自由电子
少数载流子——空穴
不失真——就是一个微 弱的电信号通过放大器 后，输出电压或电流的 幅度得到了放大，但它 随时间变化的规律不能 变。
放大电路是模拟电路中最主要的电路,三极管是 组成放大电路的核心元件。
具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、
手机、扩音器等等。
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利用三极管组成的放大电路，最常用的接法是：基 极作为信号的输入端，集电极作为输出端，发射极 作为输入回路、输出回路的共同端（共发射极接法）
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饱和工作状态
调节偏流电阻RP的阻值， 使基极电流充分大时，集电 极电流也随之变得非常大， 三极管的两个PN结则都处于 正向偏置。集电极与发射极 之间的电压很小，小到一定 程度会削弱集电极收集电子 的能力，这时Ｉb再增大， Ｉc也不能相应地增大了， 三极管处于饱和状态，集电 极和发射极之间电阻很小， 相当开关接通。
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▪ 几种常见三极管的实物外形
大功率三极管
功率三极管
普通塑封三极管
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▪ 三极管的分类
① 按频率分
高频管 低频管
硅管 ③ 按半导
体材料分 锗管
② 按功率分

半导体材料的重要特性
半导体材料是一类在电学特性上介于导体和绝缘体之间的材料，具有许多独特的特性，使其在电子器件和光电器件中得到广泛应用。

下面将介绍几种半导体材料的重要特性。

1. 禁带宽度
禁带宽度是半导体材料的一个重要特性，它代表了在材料中带电子和空穴运动的能量范围。

禁带宽度的大小直接影响着半导体材料的导电性能和光电性能。

2. 基本电荷载流子
半导体材料中的基本电荷载流子包括电子和空穴。

电子带负电荷，空穴带正电荷，它们在半导体材料中进行载流子输运，是实现半导体器件功能的基础。

3. 能带结构
半导体材料的能带结构是指在半导体中，导带和价带之间的能级分布。

通过控制能带结构，可以实现半导体材料的导电性质调控。

4. 激子效应
激子是电子和空穴之间形成的一对电子振动态，具有不同于单独电子和空穴的性质。

激子效应在半导体光电器件中发挥重要作用。

5. 能带偏移
能带偏移是指在不同半导体材料接触界面或异质结构中，由于晶格不匹配等原因导致的带隙位置的偏移现象，影响半导体器件的性能。

结语
半导体材料具有多种重要特性，包括禁带宽度、基本电荷载流子、能带结构、激子效应和能带偏移等。

这些特性使得半导体材料在电子器件和光电器件中具有广泛的应用前景。

要深入了解半导体材料的性质和应用，需要进一步研究和实践。

动画1-1本征半导体的导电特性
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
N型半导体（电子型半导体）
——在本征半导体中掺入五价杂质元素， 例如磷，可形成 N型半导体,也称电子 型半导体。
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导 通电压忽略)
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为 P型半导体的少数载流子，空穴为 P型半 导体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3

半导体基础知识介绍
华润华晶产品与技术中心 2010年10月
Silicon Fab Fab 5
Marketing & Sale Dept
R&D Center Fab 2 Plant 3 Test Plant
Administration CRHJ Depts Floor 2 & 3
目
录
一、器件基础知识 二、器件特性介绍 三、晶体管可靠性分析
hFE －－电流增益（电流放大倍数） 理论上， hFE 应尽可能大，以便于用较小的基极电流控制 较大的集电极电流，可以减少驱动损耗。但开关速度、电流 特性、VCEO等限制了hFE的范围。 一般灯用晶体管选用：15~30 电源类用晶体管选用：20~40
CRHJ
二、器件特性介绍
VCE（sat)－－集电极－发射极饱和电压
CRHJ
一、器件基础知识
9、绝缘栅双极型晶体管（IGBT） Insulated Gate Bipolar Transistor MOS晶体管和双极型晶体管组成的复合 结构器件 兼具MOS晶体管的快速开关特性和双极 型晶体管的大电流特性
CRHJ
二、器件特性介绍
1、二极管 • 二极管的基本构成 由一个P-N结组成 • 二极管的电学符号：
CRHJ
二、器件特性介绍
漏电流ICBO、IEBO、ICEO ICBO、IEBO、ICEO显示晶体管反向截止时的漏电情况，反 映了工艺线的制造水平。 ICBO，IEBO一般要求小于1μA，华晶产品典型值在nA级。 ICEO理论上等于ICBO扩大hFE的倍数，一般小于10μA。
CRHJ
二、器件特性介绍
低频晶体管、高频晶体管、超高频晶体管。
• 按封装结构分类