UT =kT/q ---- 温度的电压当量或热电压
当 T=300K时, UT = 26mV
K—波耳兹曼常数 T—绝对温度 q—电子电荷 u—外加电压 U 为反向时，且
§1.1 PN结及二极管
U正偏时, V>VT ∴ I=IseU/UT 实际特性在I较大时与指数特性有一定差异
∵在上面讨论忽略了引出线
PN结这种只允许一个方向电流顺利 通过的特性
—— 单向导电性
PN结两端加电压
PN结
-+ P -+ N
-+
P接“+” 正向偏置 N接“-”
I(mA)
E
击穿
P接“-” N接“+”
反向偏置
2023/4/16
U(V)
单向导电 性
§1.1 PN结及二极管
3.PN结伏安特性表示式
Is —— 反向饱和电流
决定于PN结的材料，制造工艺、温度
§1.1 PN结及二极管
二 PN结的特征——单向导电性
1.正向特征—又称PN结正向偏置
Vb
外电场作用下多子
推向耗尽层，使耗尽
层变窄，内电场削弱
扩散 > 漂移
从而在外电路中出现
了一个较大的电流
V
称 正向电流
§1.1 PN结及二极管
在正常工作范围内，PN结上外加电压 只要有变化，就能引起电流的显著变化。
<带负电荷> x3 →x2 →x1 空穴电流 空穴移动产生的电流 <带正电荷> x1 →x2 →x3
电子和空穴称为载流子
激发 束缚电子获能量成为自由电子 和空穴
自由电子浓度=空穴浓度
第一章 半导体器件
半导体物理基础知识
复合 运动中的自由电子如果“跳进” 空穴.重新被共价键束缚起来, 电子空穴对消失 称复合 复合在一定温度下,
（铜 铅）
绝缘体: 几乎不能传导电流
(橡皮 陶瓷 石英 塑料)
半导体: 导电能力介于导体与绝缘体之间
(本征 杂质)
(硅 锗) (都是4阶元素 )
第一章 半导体器件
半导体物理基础知识
一 本征半导体: ----- 纯净的半导体
共价键
在本征半导体晶体中，价
原子有序排列构成空间电子
共 价
点阵（晶格），外层电
4.最大反向工作电压URM
允许加的最大反向电压，超过此值容易 反向击穿 应用时取URM的一半
5.反向电流 IR
二极管反向击穿前的电流 越小越好
IR 与温度有关 6.最高工作频率fH
决定于Cj 工作频率高时因Cj的作用 二极管单向导电性变坏
§1.1 PN结及二极管
七 二极管模型 (等效电路)
理想时
正向偏置时 管压降为零 V=0 (短路) 反向偏置时 管电流为零 I=0 (开路)
谢源清
return
第一章 半导体器件
半导体基础知识
§1.1 PN结及晶体二极管
§1.2 晶体三极管
§1.3 场效应管
结型场效应管(JFET) 金属-氧化物-半导体场效应管 （MOSFET）
总结
return
第一章 半导体器件
半导体基础知识
自然界中物质按其导电能力可分为
导体 : 很容易传导电流的物质
1.空间电荷区
P型 N型半导体 结合在一起时， 由于交界面两测多子与少子 浓度不同
引起 扩散运动 （浓度差引起）
PN结
内电场
P型
N型
-- - - -- - - -- - - -- - - -
+++++ +++++ +++++ +++++
浓度差
扩散电流
漂移电流
电场作用
§1.1 PN结及二极管
N区电子→ P型与空穴结合 在P区留下带负电荷的离子
Ge 为uA 级 又∵少子是本征激发产生
∴管子制成后其数值与温度有关 T↑ → I’↑
§1.1 PN结及二极管
反向电流不仅很小，而且当外加电压 超过零点几伏后， ∵ 少子供应有限， 它基本不随外加电压的增加而增加。 ∴ 称为反向饱和电流
∵反偏时电压变化很大，而电流增加极微 ∴ PN结等效为一大电阻（反向电阻大）
晶体管的放大作用是通过 载流子的传输体现出来的
e
E B C各区作用 E区: 向基极(扩散)注入电子 形成电流IEN
B区向E区注入空穴形成电流IEP ∵发射区掺杂浓 ∴ IEN >>IEP IE≈ IEN=IBN+ICN
深了导电能力
杂质半导体中 多子浓度由掺杂浓度决定 少子浓度由温度决定 return
杂质半导体
掺入五价元素
+4
掺入三价元素
+4
+4
+5
+4
+4
+3
+4
+
N型 半导体
+4
多子—电子 P型 少子—空穴 半导体
+4
-
多子—空穴 少子—电子
§1.1 PN结及二极管
在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其 一边形成N型半导体。另一边形成P型 半导体 则在其交界面附近形成了PN结。 一 PN结的形成
三 温度对伏安特性影响
I IS2 IS1
关系式:
T
T↑—正向特性左移反向
V(BR)
电流明显增大，T 每升
U
高10摄氏度 Is增加一倍
T
当T↑到一定程度时，
由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质
电离产生的多子浓度，杂质半导体
与本征半导体一样，PN结不再存在
§1.1 PN结及二极管
为保证PN结正常工作。它的工作温度不能 太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越 大，最高工作温度越高 三 PN结的击穿 当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反 向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向 饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反
P区空穴→ N区与电子复合 在N区留下带正电荷的离子
空间电荷区形 成一个由N指向 P的电场 —— 内电场
所以 在交
面附近形成了 不能移动的带 电离子组成的 空间电荷区
平衡后的PN结
§1.1 PN结及二极管
扩散使空间电荷区加宽。内电场加深， 而内电场阻止扩散进行
促使P区电子→N 引起 漂移运动
N区空穴→P
键
子为相邻原子共有，形
成 共价键
在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子, 所有价电子都被束缚在共价键中. 所以 半导体不能导电
第一章 半导体器件
半导体物理基础知识
电子—空穴对 当T 或光线照射下,少数价电子因热激发而获得 足够的能量挣脱共价键的束缚 ,成为自由电子.
同时在原来的共价键中留下一个空位称 空穴
绪论
一 主要内容
1 电子器件 二极管
管子 晶体管 场效应管 差分对管
组件 集成电路
器件的特性、 参数、等效电路
（熟悉）
绪论
2 、 电子电路
晶体管放大器 放大电路 场效应管放大器
集成运算放大器 功率放大器
电路组成， 工作原理， 性能特性， 基本分析方法
负反馈在放大电路中的应用 工程计算方法 放大器的频率响应
使半导体中载流子浓度一定
共价健
+4
晶体结构
特点
+4 电 子
电子、空穴两种 载流子成对出现；
+4
+4
空穴
常温下载流子数 量少，导电性差；
+4
受外界影响大。
第一章 半导体器件
半导体物理基础知识
二 杂质半导体- 在本征半导体中掺入微量的杂 质使其导电能力产生明显变化
N型半导体- 掺入微量的五价元素(磷 砷 锑)
（内电场引起）
内电场增加，扩散减弱，漂移增加。 最后 漂移 == 扩散
动态平衡
通过PN结之间电流为零
§1.1 PN结及二极管
2. 对称结与不对称结
∵ 空间电荷区中没有载流子 ∴又称耗尽层
∵ 耗尽层中正 负电荷量相等
∴ 当N与P区杂 质耗浓尽度层相在同两时个，区内的宽度也P+相图N结1等-8 —不对称对PN称结结PN＋结 否则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度 小于低的一侧——不对称结
击穿与温度特性同PN结
§1.1 PN结及二极管
六 二极管的主要参数
1.（静态）直流电阻
i ID • Q• i
Q — 二极管的工作点
u
ID——流过二极管电流
•
UD
u
UD—二极管二端电压 反偏时符号为UDR
2.（动态）交流电阻
rD
du di
≈ U/ I
Q
室温下
T=300K
rD≈
26mV IDQ
§1.1 PN结及二极管
正向PN结的结电容以扩散电容为主
§1.1 PN结及二极管
晶体二极管是由PN结加上电极引线和管 壳构成的，其结构示意图和电路符号分别如下
+结构P 示N意图－
特性：单向导电性
＋－
电路符号
五 二极管特性曲线
正向：当电压加到UD(ON)以上，才有明显 正向电流。 UD(ON)称死区（导通）电压 反向：电流很小
rD 正向约为几-几十 反向几十K-几M 正反向电阻相差越大 单向导电性越好
二极管交直流电阻都与工作点有关 且同一点的交、直流电阻也不相同 可见 二极管的交、直流电阻是两个不同
的概念,且等效电阻与电压、电流 之间的关系是非线性的
3.最大整流电流IF