第1章半导体器件导体：能够导电的物质，如铜、铝、银、铅、金等金属,它们的电导率分别为1.69*10-8、2.83*10-8、1.62*10-8、2.20*10-8、2.44*10-8。本征半导体—二、半导体的三个重要特点1．热敏特性温度改变，导电能力发生变化。利用这一特性可以做成热敏电阻。2．光敏特性光的强度发生变化，导电能力发生变化。利用这一特性可以做成光敏电阻。3．掺杂特性掺入“杂质”后，半导体的导电能力会发生显著变化，我们把这一特性叫做掺杂特性。注意：这些特性导体和绝缘体都没有。要理解这些特性，就必须从半导体的原子结构谈起。硅和锗的原子结构如下图所示。物质的物理、化学性质与价电子密切相关.所以为了突出价电子的作用，我们采用下图所示的简化原子结构模型。硅(锗)的原子结构三、半导体的晶体结构和共价键晶体的概念：原子、离子或分子按照一定的空间次序排列而形成的固体，具有规则的外形。即晶体是指组成这些物质的原子、离子或分子是按一定的规则整齐地排列着。进一步研究发现，硅和锗的原子排列如图1—2，由图可以看出，排列是非常整齐而有规律的，因此称硅和锗分别为硅晶和锗晶。四、本征半导体中的两种载流子——自由电子和空穴图1–3本征激发产生电子和空穴本征激发：两种载流子五、价电子的能带图六、本征半导体中载流子的产生与复合以及本征流子浓度(1)硅和锗的本征载流子浓度的差异是因激活能不同所致。(2)从而看出本征载流子浓度随温度上升而迅速增大。(3)必须强调指出，ni（pi）的数值虽然很大，但它仅占原子密度很小的百分数。例如，室温时，硅的原子密度为4.96×1022/cm3，因此，ni（pi）仅为它的三万亿分之一。本征半导体的电阻率仍较大，不能直接用来制造半导体器件。在本征半导体中，有选择地掺入少量其它元素，会使其导电性能发生显著变化。这些少量元素统称为杂质。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，有N型半导体和P型半导体两种。1.1.2杂质半导体已知本征硅的原子密度为5*1022/cm3。当掺杂量为百万分之一（1/106时），杂质浓度为5*1016/cm3。在常温下，本征硅的ni=1.4*1010/cm3，两者相差106数量级，即自由电子数量比掺杂前净增一百万倍（106）。若掺杂量为十万分之一（1/105）时，杂质浓度为5*1017/cm3，两者相差107数量级，即自由电子数量比掺杂前净增一千万倍（107）。结论：掺杂浓度越高，导电能力越强。“施主”离子1.1.2杂质半导体“受主“离子”——硼离子获得电子后变成负离子，也叫“受主”离子。它由硼原子核和核外电子组成，带带负电荷，但不能移动。因此，负离子不是载流子。电中性和图形符号正电荷量硅原子失去电子而形成的空穴负电荷量负离子本征激发的空穴所带本征激发的电子所带因此，P型半导体还是呈电中性。二、杂质半导体的导电作用三、P型、N型半导体的简化图示漂移运动：3.扩散和漂移达到动态平衡P区三、PN结的伏安特性1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构和类型点接触型1.2.2二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性PN结特性对温度变化很敏感，反映在伏安特性上即为：温度升高，正向特性左移，反向特性下移，如图1–11中虚线所示。具体变化规律是：保持正向电流不变时，温度每升高1℃，结电压减小约2~2.5mV，即Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃这也是普通二极管的温度系数。当温度升高到一定程度时，由本征激发产生的少子浓度有可能超过掺杂浓度，使杂质半导体变得与本征半导体一样，这时PN结就不存在了。因此，为了保证PN结正常工作，它的最高工作温度有一个限制，对硅材料约为(150~200)℃，对锗材料约为(75~100)℃。四、反向击穿类型:(属于理解性质的内容)硅管的伏安特性温度对二极管特性的影响影响工作频率的原因—结论：PN结在以下三种情况下将丧失单向导电性（1）反向击穿后（2）温度过高（3）外加电压频率过高1.2.3二极管的主要参数1.3二极管电路的分析方法1.3.1理想二极管及二极管特性的折线近似二、二极管的恒压源模型三、二极管的折线近似模型UD(on)[解]例1.3.2试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO的值。UO=VDD1UD(on)=150.7=14.3(V)例1.3.3二极管构成“门”电路，设V1、V2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UO的值。输入电压例1.3.4画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sint(V)作用下输出uO的波形。O例1.3.5ui=2sint(V)，分析二极管的限幅作用。思考题:1.3.2图解法和微变等效电路法也可取UQ=0.7ViD/mAiD