再到PN结形成过程和导电特性，让学生了解事物之间是
普遍联系观点。温度对三极管静态工作点影响，如同哲
学上量变与质变的辩证关系。量变引起质变以此引申至
“不以恶小而为之，不以善小而不为”人生哲理，教育
学生树立正确的人生观和价值观。
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
6.1 半导体基础知识
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
第6章 半导体器件——半导体基础知识
注意 (1) 常温下本征半导体中载流子数目极少, 其导电性差； (2) 温度升高，载流子的数目急剧增加,半导体的导电性 也就愈强。温度对半导体器件性能影响很大。
第6章 半导体器件——二极管
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第6章 半导体器件——二极管
温度变化时的特性曲线
温度升高，正向特性左移，反向特性下移
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第6章 半导体器件——二极管
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第6章 半导体器件——二极管
三、主要参数
1.最大整流电流 IOM（IF）
当输入为正半周时二极管D导通，负载上得到正弦波 正半周信号。当输入为负半周时二极管D截止，在负载上 得到是一个单向脉动的电压。
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第6章 半导体器件——二极管
[例题]如图中 ui (t) 10 2 sin 31试4t,求R输L 出 4电压, 平均值，并选
择整流二极管。
[解]（1）由于整流后的输出电压是脉动直流电压，通常它的大小
Si 磷原子多余
的外层电子
Si
Si
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
2.空穴型半导体 （P型半导体）
本征半导体中掺入三价元素（如硼）后，硼原
子只有三个价电子能与周围原子中的价电子形成共
价键，缺少一个价电子形成共价键而留下一个空穴。
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第6章 半导体器件——二极管
对上述输入-输出关系用分区域对应的函数关系
表示，称为电路的电压传输特性。
uo UuSi 1 U S2
ui ≥ US1 US1 ui US2 ui ≤ US2
电压传输特性图
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第6章 半导体器件——二极管
整流电路作用是把交流电变成直流电，分为半波、全 波和桥式整流等。
是用平均值来表示，记为UO，根据半波整流波形在一个周期内积
分的平均有
UO
1 T
T
uidt
0
1 2π
π 0
2Ui sin tdt
2 π
Ui
0.45Ui
在本题中因为Ui =10V，所
以
UO 0.45Ui 4.5V
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第6章 半导体器件——二极管
（2）选择整流二极管主要是选择其参数，由于在负半周时二极 管不导通，这时加在二极管上的最大反向电压为10 2V的电压。在 二极管导通期间流过二极管的电流就是流过负载电阻的电流
Si
Si
自由电子
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
正离子核
Si
Si
空穴
空穴 产生自由电子同时，其原来共价键中出现的一个空位
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
本征半导体导电特性 当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两部分电流:
(1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)空穴不断被价电子填补 空穴电流 自由电子和空穴统称为载流子 自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。在一 定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体 中载流子便维持一定的数目。
第一节 半导体基础知识 第二节 PN结 第三节 二极管 第四节 特殊二极管 第五节 晶体管 第六节 场效应晶体管
第6章 半导体器件
思政引例
敏而好学， 不耻下问。
——孔子
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第6章 半导体器件
思政引例
人们经常使用充电器给手机电池充电，在收音机、电
视机和计算机等电器上都有能发出红、绿等光线的指示
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
根据导电能力(电阻率)的不同，物体分为: 导 体 导体内部有许多脱离原子核束缚的自由电子，金属
是导体，导电能力强。 绝缘体 绝缘体不能通过电流，橡胶、塑料和干燥的木材为绝
缘体。 半导体 导电特性处于导体和绝缘体之间的物体，如硅Si、
锗Ge元素和砷化镓GaAs等化合物。
在信息技术中，往往以电和光形态的信号为载体，各 种信号产生和变换处理主要是由电子电路来实现的，半 导体器件则是构成电子电路核心。半导体器件主要由硅 （Si）和锗（Ge）等半导体材料制造而成。当半导体受 到外界光和热激发时，其导电能力将发生显著变化，体 现对光照和温度变化敏感性，分别称为光敏特性和热敏 特性。在纯净半导体中掺入微量“杂质”元素，此杂质 半导体导电能力将发生显著变化，称为“掺杂”特性。
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第6章 半导体器件——二极管
二极管的符号
A-阳极 K-阴极
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第6章 半导体器件——二极管
二、伏安结构
I
正向导通
A
正向特性
击穿特性
0C
U
B
正向压降
反向特性
D
死区
硅0.6 ~ 0.7V
硅0.5V，锗0.1V 锗0.2 ~ 0.3V
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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URM
保证二极管不被击穿而给出的最大反向电压，一般是二极
管反向击穿电压UBR的一半或2/3。
3.最高工作频率fmax
因PN结电容效应，当工作频率超过fmax后，二极管的单向
导电性变坏。
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第6章 半导体器件——二极管
通性进行限幅处理。双向限幅电路如图，输入为正弦波，US1>0, US2<0。试画出输入-输出信号波形和电路传输特性。
ui
t
（a）双向限幅电路图
（b）输入信号波形图
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第6章 半导体器件——二极管
[解] 当ui 处于正半周时，D2由于加反向电压而始终截止。在ui <US1 时D1也截止，两二极管支路断开，uo = ui ；在ui > US1时，D1导通， 输出被限幅在uo = US1；当ui 处于负半周时，D1由于加反向电压而始 终截止。在ui > US2时，D2也截止，此时两二极管支路断开，uo = ui ； 在ui < US2时，D2导通，输出限幅在uo = US2。
e内
N区 多子浓度差
扩散运动 内电场 漂移运动
空间电荷区 阻挡层 /耗尽层
漂移运动 扩散运动
动态平衡
空间电荷区（称为PN结）的宽度就固定下来。
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第6章 半导体器件——PN结
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第6章 半导体器件——PN结
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五、二极管应用 二极管根据其单向导电性，主要用于整流和限幅电路。 二极管电路分析中注意：
1.在电路中电压较高时，往往忽略零点几伏的二极管
导通压降，将其看作理想开关。
正向导通 反向截止
2.在电路中信号电压较小时，零点几伏二极管导通压
降不能忽略，正向导通时相当于零点几伏电压源串联。
UD 正向导通
反向截止
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
二、杂质半导体 1.电子型杂质半导体 (N型半导体)
本征半导体中掺入五价元素（如磷）后，磷原子只有
四个价电子能与周围原子中的价电子形成共价键，多余
的一个价电子因不受共价键束缚而易成为自由电子。
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
PS+i
Si
在稳压管刚击穿时，如电流变化，其两端电压易于变化；
当电流增大到工作电流IZ后，电流有很大的变化，其两端电 压几乎不变，保持在稳定电压UZ附近。
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第6章 半导体器件—— 特殊二极管
主要参数
稳定工作电流IZ
使稳压管具有稳定稳压作用 时其工作电流所要达到量值
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第6章 半导体器件——二极管
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第6章 半导体器件——二极管
二极管起钳位作用
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第6章 半导体器件——二极管
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第6章 半导体器件——二极管
[例题3] 为防止信号幅度超过所允许的值，常采用二极管单向导
Si
Si
Si
Si
Si
Si
缺少价电子
留下的空穴
Si
SBi－
Si
Si
Si
Si
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第6章 半导体器件——半导体基础知识
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思考：
第6章 半导体器件——半导体基础知识
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第6章 半导体器件——PN结
6.2 PN结
一、PN结的形成 P区
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