第1章 常用半导体

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1.1 半导体基础知识

    1.1.1 本征半导体

                         纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

      一、半导体

                        低价元素，最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

      二、绝缘体

                        高价元素，最外层电子受原子核束缚能力很强，很难成为自由电子。

       三、本征半导体的晶体结构

                       单晶体：是指由一种物质组成的晶体结构，其中所有的原子都是按照一个统一的晶体结构排列而成的。这种排列方式具有高度的有序性和周期性，使得单晶体展现出一系列独特的物理和化学性质。

        四、本征半导体中的两种载流子

        五、本征半导体载流子的浓度

                        动态平衡：热激发电子挣脱束缚，但是自由电子会在运动中与其他自由电子留下的空穴相结合，形成新的共价键。挣脱与复合会达到一个平衡。

                        导电性能增强：温度上升，加快了自由电子从价带向导带的跃迁以及空穴的产生，因此增加了自由电子和空穴的浓度，从而使得半导体的导电性能增强。

        1.1.2 杂质半导体

N型半导体：自由电子导电
P型半导体：空穴导电

        1.1.3 PN结 

           一、PN结的两种运动

        二、PN结的单向导电性 

导通状态

1. 外加正向偏置：当PN结两端加上正向电压（P端电压高于N端）时，外加电场的方向与内建电场相反，减弱了内建电场，从而降低了空间电荷区的宽度。
2. 扩散运动增强：正向偏置加强了扩散运动，使得更多的自由电子和空穴可以跨越PN结，从而形成较大的正向电流。
3. 漂移运动减弱：由于内建电场减弱，漂移运动也相应减弱。

截止状态

1. 外加反向偏置：当PN结两端加上反向电压（P端电压低于N端）时，外加电场的方向与内建电场相同，加强了内建电场，从而扩大了空间电荷区的宽度。
2. 扩散运动减弱：反向偏置削弱了扩散运动，因为自由电子和空穴难以跨越扩大的空间电荷区。
3. 漂移运动增强：由于内建电场增强，漂移运动也相应增强，但总体上形成的电流很小，通常被称为反向饱和电流。

 1.2 二极管

1.2.1 半导体二极管的几种常见结构

1.2.2 二极管的伏安特性

        一、二极管和PN结在结构上的区别

半导体导体电阻（Bulk Resistance）

半导体导体电阻指的是二极管内部半导体材料本身的电阻。这部分电阻主要取决于以下因素：

• 材料类型：不同类型的半导体材料有不同的电阻率。例如，硅的电阻率通常低于锗。
• 掺杂浓度：半导体材料中的掺杂剂（如磷或硼）浓度会影响电阻率。高掺杂浓度通常会降低电阻。
• 温度：半导体的电阻率随温度的变化而变化。通常情况下，温度升高会导致电阻率下降。

在正向偏置状态下，当二极管导通时，电流流经半导体材料，因此这部分电阻会对总的电压降产生影响。在某些情况下，特别是在大电流应用中，半导体导体电阻会成为总电阻的重要组成部分。

引线电阻（Lead Resistance）

引线电阻是指二极管引线（也称为引脚或终端）本身的电阻。这部分电阻主要由以下因素决定：

• 材料：引线通常由金属材料制成，如铜、铝或合金。
• 长度和横截面积：引线的长度和横截面积也会影响其电阻。较长或较细的引线会有较高的电阻。

在实际应用中，引线电阻通常相对较小，但在高频或大电流应用中也可能变得重要。特别是在需要精确测量或控制电流的情况下，引线电阻可能会对测量结果造成影响。

         二、二极管的伏安特性   

三、温度对二极管伏安特性的影响

        温度升高，二极管正向特性曲线将左移，反向特性曲线将下移

1.2.3 二极管的等效电路

        一、作用

        二极管的伏安特性具有非线性，为了更加方便的进行电路分析。用线性元件所构成的电路近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。

1.2.4 稳压二极管

        一、功能

        稳压二极管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定的功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性。

        二、稳压管的伏安特性

1.3 晶体三级管

        1.3.1 晶体的结构与类型 

                一、结构：

                不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，形成两个PN结，就构成晶体管。

                二、类型：

                NPN和PNP

        1.3.2 晶体管的放大作用

                一、效果 

                晶体管的放大作用表现在为小的基极电流可以控制打的集电极电流。

                二、外部条件

                发射结正向偏置且集电结反向偏置。

                三、内部运行原理图

                载流子的运动造成放大效果

               1.3.3 晶体管的输出特性组成

                一、工作状态

                截止区：特征是发射结电压小于开启电压且集电结反向偏置

                放大区：其特征是发射结正向偏置（Ube大于发射结开启电压Uon）且集电结反向偏置。

                饱和区：其特征是发射结与集电结均处于正向偏量。

                二、温度影响（P31）

                和二极管伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，反之则右移

1.4.场效应管（PPT） 

未完待续……