, 低频电子线路, 多媒体课件 电子信息研究室
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.1.1 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。
一、半导体
1,自然界物质的分类
（按导电性能分）
① 导体：低价元素（如 Cu,AI等）
导电性能好
② 绝缘体：高价元素（如惰性气体）
或高分子物质（如橡胶）
导电性能极差
③ 半导体：四价元素（如 Si,Ge等）
导电性能介于导体和
绝缘体之间
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（ 1） 热敏特性,温度升高导电能力显著增强。如 热敏电阻
（ 2） 光敏特性,光线照射导电能力显著增强。如 光电二极管
（ 3） 掺杂特性, 在本征半导体中掺入少量的有用的杂质，导
电能力显著增强。 如晶体管
二、本征半导体的晶体结构
晶格,晶体中原子在空间形成
排列整齐的点阵。
晶体原子的结合方式,共价键
如图所示
2,半导体的多变特性
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三、本征半导体中的两种载流子
自由
电子 空
穴
1,载流子,运载电荷
的粒子。
2,本征半导体的特点,
（ 1）有两种载流子，
即自由电子和空穴，且数
目相等，即成对出现。
（ 2）可形成两种电
流，即电子电流和空穴电
流。
注意
导体只有一种载流子
即自由电子
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四、本征半导体中载流子的浓度
1,本征激发：半导体在热激发下产生电子和空穴对的现象。
2,复合：自由电子和空穴的重新结合。
3,动态平衡
注意
1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等（ ni=pi） ；
温度 T
1.1.2杂质半导体 ① N型半导体 ② P型半导体
2,本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关；
载流子的浓度 导电能力增强
3,导电能力仍不如导体。
4,绝对零度（ T=0K）时，本征半导体成为绝缘体。
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一,N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷） N型半导体
如图所示
N型半导体的特点,
① 有两种载流子，即
自由电子和空穴。自由电
子是多子，空穴是少子；
② 主要靠自由电子导
电。
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二,P型半导体
在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼） P型半导体
如图所示
P型半导体的特点,
① 有两种载流子，即
自由电子和空穴。空穴是
多子，自由电子是少子；
② 主要靠空穴导电。
注意
P 型半导体和 N型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。
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1.1.3 PN结
一,PN结的形成
扩散运动 漂移运动
动态平衡 （一定宽度）
空间电荷区 PN结
说明
① PN结的结电压为 Uh0
(N区 P区）
② 对称结与不对称结
③ 空间电荷区又称耗尽层
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二,PN结的单向导电性
1,PN结外加正向电压时处于导通状态
又称正向接
法
或
正向偏置
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2,PN结外加反向电压时处于截止状态
又称反向接
法
或
反向偏置
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结论
PN结正向偏置 空间电荷区变窄 正向电阻很小（理
想时为 0） 正向电流较大 PN结导通
PN结反向偏置 空间电荷区变宽
想时为 ∞） 反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为 0）
PN结截止
反向电阻很大（理
PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止
单向导电性
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四,PN结的电流方程
)1e(S ?? kT
qu
Ii
IS：反向饱和电流
q：电子电量
k：波尔兹曼常数
T：热力学温度
q
kTU
T ?令
温度的电压当量
则 )1(
S ?? T
u
u
eIi
常温时，即 T=300K时,UT≈26mV
说明
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i
uO
)BR(U
由式 )1(S ?? TuueIi 可知，若 PN结正向偏置时，且 u>>uT时,
则 TuueIi
S?
若 PN结反向偏置时，且 |u|>>uT时，则
SIi ??
于是得 PN结的伏安特性如图所示
说明
PN结的两种反向击穿
① 齐纳击穿（反向击穿电压较低）
（耗尽层较窄）
② 雪崩击穿（反向击穿电压较高）
（耗尽层较宽）
四,PN结的伏安特性
指数规律
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五,PN结的电容效应
1,势垒电容 Cb
应用,PN结反向偏置时 变容二极管
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2,扩散电容 Cd
平衡少子和非平衡少子
PN结的结电容
dbj CCC ??
说明
因 Cj很小，故低频时其作
用可忽略不计。
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构成,实质上就是一个 PN结
PN结 +引线 +管壳
§ 1-2．半导体二极管
（简称二极管）
P N + -
阳极 阴极
二极管的几种外形
特性,单向导电性
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1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
1.点接触型：图 (a)
2.面接触型：图 (b)
3.平面接触型：图 (c)
锗管：多用于高频检波
硅管：多用于低频整流
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1.2.2、二极管的伏安特性
一、二极管和 PN结伏安特性的区别
开启电压 Uon
二,温度对二极管伏安特性的影响
1,区别：正向电阻大，
反向电流大
2,硅管与锗管的比较
硅管,Uon≈0.5V,
UD=(0.6~0.8)V
（一般取 UD=0.7V）
IS＜ 0.1μA
锗管,Uon≈0.1V,UD=(0.1~0.3)V（一般取 UD=0.2V）,
IS＝几十 μA
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三、二极管的主要参数
1.最大整流电流 IF：指平均值。要求 ID(AV)≤IF
2.最高反向工作电压 UR：指最大值。要求 URmax≤UR
3.反向电流 IR:要求 IR
4.最高工作频率 fM
好（ 注意,IR对温度十分敏感 ）
小结
1,本征半导体,N型半导体,P型半导体的特点
2,PN结的形成及特性
3,PN结的电流方程
4,二极管的主要参数（ IF和 UR）
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.1.1 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。
一、半导体
1,自然界物质的分类
（按导电性能分）
① 导体：低价元素（如 Cu,AI等）
导电性能好
② 绝缘体：高价元素（如惰性气体）
或高分子物质（如橡胶）
导电性能极差
③ 半导体：四价元素（如 Si,Ge等）
导电性能介于导体和
绝缘体之间
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（ 1） 热敏特性,温度升高导电能力显著增强。如 热敏电阻
（ 2） 光敏特性,光线照射导电能力显著增强。如 光电二极管
（ 3） 掺杂特性, 在本征半导体中掺入少量的有用的杂质，导
电能力显著增强。 如晶体管
二、本征半导体的晶体结构
晶格,晶体中原子在空间形成
排列整齐的点阵。
晶体原子的结合方式,共价键
如图所示
2,半导体的多变特性
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三、本征半导体中的两种载流子
自由
电子 空
穴
1,载流子,运载电荷
的粒子。
2,本征半导体的特点,
（ 1）有两种载流子，
即自由电子和空穴，且数
目相等，即成对出现。
（ 2）可形成两种电
流，即电子电流和空穴电
流。
注意
导体只有一种载流子
即自由电子
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四、本征半导体中载流子的浓度
1,本征激发：半导体在热激发下产生电子和空穴对的现象。
2,复合：自由电子和空穴的重新结合。
3,动态平衡
注意
1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等（ ni=pi） ；
温度 T
1.1.2杂质半导体 ① N型半导体 ② P型半导体
2,本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关；
载流子的浓度 导电能力增强
3,导电能力仍不如导体。
4,绝对零度（ T=0K）时，本征半导体成为绝缘体。
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一,N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷） N型半导体
如图所示
N型半导体的特点,
① 有两种载流子，即
自由电子和空穴。自由电
子是多子，空穴是少子；
② 主要靠自由电子导
电。
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二,P型半导体
在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼） P型半导体
如图所示
P型半导体的特点,
① 有两种载流子，即
自由电子和空穴。空穴是
多子，自由电子是少子；
② 主要靠空穴导电。
注意
P 型半导体和 N型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。
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1.1.3 PN结
一,PN结的形成
扩散运动 漂移运动
动态平衡 （一定宽度）
空间电荷区 PN结
说明
① PN结的结电压为 Uh0
(N区 P区）
② 对称结与不对称结
③ 空间电荷区又称耗尽层
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二,PN结的单向导电性
1,PN结外加正向电压时处于导通状态
又称正向接
法
或
正向偏置
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2,PN结外加反向电压时处于截止状态
又称反向接
法
或
反向偏置
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结论
PN结正向偏置 空间电荷区变窄 正向电阻很小（理
想时为 0） 正向电流较大 PN结导通
PN结反向偏置 空间电荷区变宽
想时为 ∞） 反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为 0）
PN结截止
反向电阻很大（理
PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止
单向导电性
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四,PN结的电流方程
)1e(S ?? kT
qu
Ii
IS：反向饱和电流
q：电子电量
k：波尔兹曼常数
T：热力学温度
q
kTU
T ?令
温度的电压当量
则 )1(
S ?? T
u
u
eIi
常温时，即 T=300K时,UT≈26mV
说明
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i
uO
)BR(U
由式 )1(S ?? TuueIi 可知，若 PN结正向偏置时，且 u>>uT时,
则 TuueIi
S?
若 PN结反向偏置时，且 |u|>>uT时，则
SIi ??
于是得 PN结的伏安特性如图所示
说明
PN结的两种反向击穿
① 齐纳击穿（反向击穿电压较低）
（耗尽层较窄）
② 雪崩击穿（反向击穿电压较高）
（耗尽层较宽）
四,PN结的伏安特性
指数规律
, 低频电子线路, 多媒体课件 电子信息研究室
五,PN结的电容效应
1,势垒电容 Cb
应用,PN结反向偏置时 变容二极管
, 低频电子线路, 多媒体课件 电子信息研究室
2,扩散电容 Cd
平衡少子和非平衡少子
PN结的结电容
dbj CCC ??
说明
因 Cj很小，故低频时其作
用可忽略不计。
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构成,实质上就是一个 PN结
PN结 +引线 +管壳
§ 1-2．半导体二极管
（简称二极管）
P N + -
阳极 阴极
二极管的几种外形
特性,单向导电性
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1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
1.点接触型：图 (a)
2.面接触型：图 (b)
3.平面接触型：图 (c)
锗管：多用于高频检波
硅管：多用于低频整流
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1.2.2、二极管的伏安特性
一、二极管和 PN结伏安特性的区别
开启电压 Uon
二,温度对二极管伏安特性的影响
1,区别：正向电阻大，
反向电流大
2,硅管与锗管的比较
硅管,Uon≈0.5V,
UD=(0.6~0.8)V
（一般取 UD=0.7V）
IS＜ 0.1μA
锗管,Uon≈0.1V,UD=(0.1~0.3)V（一般取 UD=0.2V）,
IS＝几十 μA
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三、二极管的主要参数
1.最大整流电流 IF：指平均值。要求 ID(AV)≤IF
2.最高反向工作电压 UR：指最大值。要求 URmax≤UR
3.反向电流 IR:要求 IR
4.最高工作频率 fM
好（ 注意,IR对温度十分敏感 ）
小结
1,本征半导体,N型半导体,P型半导体的特点
2,PN结的形成及特性
3,PN结的电流方程
4,二极管的主要参数（ IF和 UR）
