半BBIN导体_

　　物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。  物质的导电特性取决于原子结构。

　　容易导电的物质叫导体，如：金属、石墨、人体、大地以及各种酸、碱、盐的水溶液等都是导体。

　　导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子 核的束缚成为自由电子。因此在外电场作用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现 出较好的导电特性。

　　不容易导电的物质叫做绝缘体，如：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等都是绝缘体。

　　高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡胶、塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆脱原 子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。

　　而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那 样被原子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。

　　所谓半导体，顾名思义，就是它的导电能力介乎导体和绝缘体之间，半导体的电阻率为 10-3～10-9 Ω•cm。

　　锗 名 一种银白色的硬而脆的金属元素,呈二价及四价,用作半导体(如在晶体管中) [germanium]――元素符号 Ge 锗 zhě 金属化学元素。符号 Ge。灰白色结晶，有光泽。它是一种重要的半导体材料。主要用于制晶体管、整流器等。

　　硅 guī 【名】 一种四价的非金属元素,以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得的,主要 以合金的形式使用(如硅铁合金),也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中,或用作半导体材料(如在晶体管中)和光生电池的元件 〖silicon〗 —— 元素符号 Si

　　将锗或硅材料提纯后形成的完全纯净、具有晶体结构的半导体就是本征半导体。 这里的纯净包括两个意思： 一是指半导体材料中只含有一种元素的原子； 二是指原子与原子之间的排列是有一定规律的。

　　半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。 一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。 但有些半导体在温度增高、受光照等条件下，导电能力会大大增强，利用这种特性可制造热敏电阻、 光敏电阻等器件。 更重要的是，在本征半导体中掺入微量杂质后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种 特性就可制造二极管、三极管等半导体器件。

　　半导体的这种与导体和绝缘体截然不同的导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的。

　　在半导体共价键结构中，价电子（原子的最外层电子）不像在绝缘体（8 价元素）中那样被束缚得很 紧，在获得一定能量（温度增高、受光照等）后，即可摆脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自 由电子，同时共价键中留下的空位称为空穴。

　　在外电场的作用下，BBIN bbin半导体中将出现两部分电流： 一是自由电子作定向运动形成的电子电流； 一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。 也就是说， 在半导体中存在自由电子和空穴两种载流子， 这是半导体和金属在导电机理上的本质区别。

　　本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，在一定温度下达到动态平衡，载流 子便维持一定数目。温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能 的影响很大。

　　半导体中载流子的多少是用单位体积中载流子的个数表示。n 表示电子浓度，p 表示空穴浓度。ni 和 pi 分别表示本征半导体的电子浓度和空穴浓度，显然 ni =pi 。 室温下，本征硅的载流子浓度 ni =pi =2.5

　　当其纯度较高时，电导率的温度系数为正值，随温度升高电导率增大；金属导体则相反，电导率 的温度系数为负值。

　　有两种载流子参加导电，具有两种导电类型：一种是电子，另一种是空穴。同一种半导体材料， 既可形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。

　　(1)热敏性 半导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏 性。利用热敏性可制成热敏元件。

　　(2)光敏性 半导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可 制成光敏元件。

　　(3)掺杂性 半导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。

　　二、电导率、电阻率及半绝缘半导体材料 电导率、 所有材料的电导率（σ）可用下式表达： σ=neμ 其中 n 为载流子浓度，单位为 cm-3；e 为电子的电荷，单位为 C（库仑）；μ 为载流子的迁移率，单 位为 cm2/V*s；电导率单位为 S/cm（S 为西门子）。 电阻率 ρ=1/σ，单位为 Ω*cm

　　σ 西格马 英文注音 sigma 大写∑ 意思是：总和（大写） ，表面密度；跨导（小写） μ 米欧 Mu 磁导系数；微（千分之一） ；放大因数（小写） ρ 柔 Rho 电阻系数（小写）

　　的半导体材料称为半绝缘半导体材料。 定义电阻率大于 107Ω*cm 的半导体材料称为半绝缘半导体材料。 如：掺 Cr 的砷化镓，非掺杂的砷化镓为半绝缘砷化镓材料。 掺 Fe 的磷化铟，非掺杂的磷化铟经退火为半绝缘磷化铟材料。

　　附：希腊字母 中英对照一览表 大写 A B Γ ∆ Ε Ζ Η Θ Ι Κ ∧ Μ Ν Ξ Ο ∏ Ρ ∑ Τ Υ Φ Χ 小写 α β γ δ ε ζ η θ ι κ λ µ ν ξ ο π ρ σ τ υ φ χ

　　 ω 中文名 阿尔法 贝塔 伽玛 德尔塔 伊普西隆 泽塔 伊塔 西塔 约塔 卡帕 兰姆达 米欧 纽 克西 欧米克隆 派 柔 西格玛 陶 玉普西隆 弗爱 凯 普赛 奥米伽 英文注音 Alpha Beta Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta Iota Kappa Lambada Mu Nu Xi Omicron Pi Rho Sigma Tau Upsilon Phi Chi Psi Omega 角速；介质电通量（静电力线） ；角 欧姆（大写） ；角速（小写） ；角 圆周率=圆周÷直径=3.1416 电阻系数（小写） 总和（大写） ，表面密度；跨导（小写） 时间常数 位移 磁通； 角 意义 角度；系数 磁通系数；角度；系数 电导系数（小写） 变动；密度；屈光度 对数之基数 系数；方位角；阻抗；相对粘度；原子序数 磁滞系数；效率（小写） 温度；相位角 微小，一点儿 介质常数 波长（小写） ；体积 磁导系数；微（千分之一） ；放大因数（小写） 磁阻系数

　　半导体的原子结构和晶体结构 三、 半导体的原子结构和晶体结构 半导体的原子结构

　　现代半导体材料主要使用硅和锗（Si：14；Ge：32），其外层均有四个价电子，而原子核和除价电子外 的内层电子组成惯性核。 其简化模型为：

　　共价键制造半导体器件的硅和锗是单晶材料，具有金刚石结构，每个原子和相邻四个原子结合，每个原 子的外层四个价电子分别与相邻的四个原子的价电子组成而形成稳定的共价键结构。 晶体结构平面示意图：

　　四、单晶、多晶、晶体缺陷及半导体材料的晶体生长方向 单晶、多晶、晶体缺陷及半导体材料的晶体生长方向 单晶

　　单晶是原子或离子沿着三个不同的方向按一定的周期有规则地排列，并沿一致的晶体学取向所堆垛起来 的远程有序的晶体。

　　多晶则是有多个单晶晶粒组成的晶体，在其晶界处的颗粒间的晶体学取向彼此不同，其周期性与规则性 也在此处受到破坏。

　　晶体内的原子是按一定的原则周期性地排列着的。如果在晶体中的一些区域，这种排列遭到破坏， 晶体内的原子是按一定的原则周期性地排列着的。如果在晶体中的一些区域，这种排列遭到破坏，我们 称这种破坏为晶体缺陷。 称这种破坏为晶体缺陷。

　　晶体缺陷对半导体材料的使用性影响很大，在大多数情况下，它使器件性能劣化直至失效。因此在材料 的制备过程中都要尽量排除缺陷或降低其密度。 晶体缺陷的控制是材料制备的重要技术之一。

　　晶体缺陷的分类： （1）点缺陷，如空位、间隙原子、反位缺陷、替位缺陷和由它们构成的复合体。 （2）线缺陷，呈线状排列，如位错就是这种缺陷。 （3）面缺陷，呈面状，如晶界、堆垛层错、相界等。 （4）体缺陷，如空洞、夹杂物、杂质沉淀物等。 （5）微缺陷，几何尺寸在微米级或更小，如点缺陷聚集物、微沉淀物等。

　　我们实际使用单晶材料都是按一定的方向生长的，因此单晶表现出各向异性。单晶生长的这种方向直接 来自晶格结构，常用半导体材料的晶体生长方向是111和100。

　　纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。 本征半导体 常用的半导体材料有：硅和锗。 它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键 的作用而紧密联系在一起。

　　共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键 上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴， 从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。 在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。 在晶体中存在两种载流子 电子和带正电空穴

　　本征激发：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发, 本征激发：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激 发。本征激发产生了电子－空穴对。 本征激发产生了电子－空穴对。

　　制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%， 常称为 “九个 9” 它在物理结构上为共价键、 ， 呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。 在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。

　　相对而言，本征半导体中载流子数目极少，浓度很低，导电能力仍然很低。但如果在其中掺入微量的杂 质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。

　　N 型半导体中掺入的杂质为磷或其他五价元素，磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，多 余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子， 于是半导体中的自由电子数目大量增加， 自由电子成为多数载流子，空穴则成为少数载流子。

　　磷 lín【名】 (形声。从石,粦(lìn)声。本义:薄石)一种氮族非金属多价元素,原子序数 15,广泛存在于它的各种 化合物中〖phosphorus〗——元素符号 P 【形】含有磷酸盐的〖phosphatic〗 。如:磷肥

　　P 型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素，硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，将 因缺少一个价电子而形成一个空穴，于是半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由 电子则成为少数载流子。

　　硼 péng 一种非金属元素，有结晶与非结晶两种形态。用于制造合金，亦可用作原子反应堆的材料。

　　注意， 型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的 是不带电的。 注意，不论是 N 型半导体还是 P 型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的。

　　常温下半导体的导电性能主要由杂质来决定。当半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供电子导电， 这种依靠电子导电的半导体叫做 N 型半导体。

　　例如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）时，称为 N 型半导体。

　　在本征半导体中，掺入 5 价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有 5 各价 电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的 浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。 型半导体中自由电子是多数载流子 空穴是少数载流子。 体中自由电子是多数载流子， 在 N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

　　当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做 P 型半导体。 例如：硅中掺有Ⅲ族元素杂质硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）时，称为 P 型半导体。

　　在本征半导体中，掺入 3 价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有 3 个 价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓 度。 型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 在 P 型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。

　　通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成 P 型半导体，另一边形成 N 型半导体，于是这两种半导体 的交界处就形成了 PN 结，它是构成其它半导体的基础。

　　在形成的 PN 结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动：电子从 N 区向 P 区扩散；空穴从 P 去向 N 区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在 N 区留下了带正 电的空穴，在 P 区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场(自建场). 它们的形成过程如下图（1），（2）所示

　　在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运动。 电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与 漂移运动相等时，通过界面的载流子为 0。此时，PN 结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，我们

　　我们在 PN 结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导电性。

　　PN 结外加正向电压的接法是 P 区接电源的正极，N 区接电源的负极。 这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数 载流子向对方区域扩散形成正向电流，方向是从 P 区指向 N 区。如图（1）所示

　　这时的 PN 结处于导通状态，它所呈现的电阻为正向电阻，正向电压越大，电流也越大。 它的关系是指数关系： 其中：ID 为流过 PN 结的电流，U 为 PN 结两端的电压，UT=kT/q 称为温度电压当量，其中，k 为波尔兹 曼常数，T 为绝对温度，q 为电子电量，在室温下（300K）时 UT=26mv，IS 为反向饱和电流。

　　它的接法与正向相反，即 P 区接电源的负极，N 区接电源的正极。 此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少 数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因 反向电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反向电 压也不会增加，因此它又被称为反向饱和电流。即：ID=-IS 此时，PN 结处于截止状态，呈现的电阻为反 向电阻，而且阻值很高。

　　由以上我们可以看出：PN 结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截止状态， PN 结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截止状态， 结具有单向导电性。 因此 PN 结具有单向导电性。

　　PN 结的击穿 结处于反向偏置时，在一定的电压范围内， 结的电流很小，但电压超过某一数值时， PN 结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN 结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电 流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。 流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。 发生击穿时的反向偏压称为击穿电压，以 VB 表示。 击穿现象中，电流增大基本原因不是由于迁移率的增大，而是由于载流子数目的增加。

　　到目前为止，基本上有三种击穿机构：热电击穿、雪崩击穿和隧道击穿。 从击穿的后果来看，可以分为物理上可恢复的和不可恢复的击穿两类。 热电击穿属于后一类情况，它将造成 PN 结的永久性损坏，在器件应用时应尽量避免发生此类击穿。 雪崩击穿和隧道击穿属于可恢复性的，即撤掉电压后，在 PN 结内没有物理损伤。

　　对于硅材料的 PN 结来说，击穿电压〉7v 时为雪崩击穿，4v 时为齐纳击穿。在 4v 与 7v 之间，两种击穿 都有。这种现象破坏了 PN 结的单向导电性，我们在使用时要避免。

　　PN 结的电容效应 由于电压的变化将引起电荷的变化， 从而出现电容效应， 结内部有电荷的变化， PN 因此它具有电容效应， 它的电容效应有两种：势垒电容和扩散电容。 势垒电容是由阻挡层内的空间电荷引起的。BBIN bbin 扩散电容是 PN 结在正向电压的作用下，多数载流子在扩散过程中引起电荷的积累而产生的。

　　结正偏时，扩散电容起主要作用， 结反偏时，势垒电容起主要作用。 PN 结正偏时，扩散电容起主要作用，PN 结反偏时，势垒电容起主要作用。

　　二极管的结构外形及在电路中的文字符号如上图所示, (a)结构；(b)符号；(c)外形 类型： (1)按材料分:有硅、锗二极管和砷化镓二极管等。 (2）按结构分:有点接触型、面接触型二极管、平面型二极管。 点接触型——PN 结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。 面接触型——PN 结面积大，用于工频大电流整流电路。 平面型——往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 (3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电等二极管。 (4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 (5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。 在图所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。

　　二极管伏安特性曲线 若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、 电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管 的伏安特性曲线,如上图所示 （图中虚线为锗管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性） 下面对二极管伏安 。 特性曲线加以说明。

　　(a) 2AP22(锗管)的伏安特性曲线(锗管)的伏安特性曲线）正向特性 当正向电压低于某一数值时，正向电流很小，只有当正向电压高于某一值时，二极管才有明显的正向电 流， 这个电压被称为导通电压， 二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流

　　极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的 A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压。 如上图中 OA(OA′)段。 死区电压：硅管约为 0.5V,锗管约为 0.1V

　　当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态， 我们又称它 为门限电压或死区电压，一般用 UON 表示，我们一般认为当正向电压大于 UON 时，二极管才导通。否则 截止。 正向导通压降：硅管的正向导通压降约为 0.6~0.7V,锗管约为 0.2~0.3V。如图中 AB(A′B′)段。 二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值 否则将烧坏 二极管正向导通时 要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏 PN 结。 要特别注意它的正向电流不能超过最大值

　　（２）反向特性 二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向 电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流 IR,见上图中 OC（OC′）段。

　　（３）二极管的击穿特性 反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的 电压称为反向击穿电压,用 UBR 表示,如 C′D′)段。 雪崩击穿：当反向电压足够高时（U6V）PN 结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性 原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反应，使载流子剧增， 反向电流骤增。 齐纳击穿：对掺杂浓度高的半导体，PN 结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（U4V） ，耗 尽层可获得很大的场强，足以将价电子从共价键中拉出来，而获得更多的电子空穴对，使反向电 流骤增。

　　（４）温度特性 二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高 1 度，正向压将减小 2--2.5mV，温度每升高 10 度，反 向电流约增加一倍。

　　２、二极管的主要参数 最大整流电流 IF ：二极管允许通过的最大正向平均电流。 最大反向工作电压 UR ：二极管允许的最大工作电压，我们一般取击穿电压的一般作 UR.。 反向电流 IR ：二极管未击穿时的电流，它越小，二极管的单向导电性越好。 最高工作频率 fM ：取决于 PN 结结电容的大小，电容越大，频率约高。

　　二极管的直流电阻 RD ：加在管子两端的直流电压与直流电流之比，我们就称为直流电阻，它可 表示为：RD=UF/IF 它是非线性的，正反向阻值相差越大，二极管的性能越好。 二极管的交流电阻 rd： 在二极管工作点附近电压的微变化与相应的微变化电流值之比， 就称为该 点的交流电阻。 ３．稳压二极管 稳压二极管是利用二极管的击穿特性。 它是因为二极管工作在反向击穿区， 反向电流变化很大的情况下， 反向电压变化则很小，从而表现出很好的稳压特性。

　　稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。 稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。

　　稳压管的主要参数： （1）稳定电压 UZ。 ：反向击穿后稳定工作的电压。 （2）稳定电流 IZ。 ：工作电压等于稳定电压时的电流。 （3）动态电阻 rZ。 ： 稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比，即 rZ=ΔUZ/ΔIZ （4）额定功率 PZ 和最大稳定电流 IZM。 额定功率 PZ 是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。 最大稳定电流 IZM 是指稳压管允许通过的最大电流。 它们之间的关系是：PZ=UZIZM

　　当发光二极管的 PN 结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。 发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.5～3V） 、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，

　　光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的 PN 结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。 在 PN 结两端加反向电压时反向电流会增加， 所产生反向电流的大小与光的照度成正比， 所以光电二极管 正常工作时所加的电压为反向电压。 为使光线能照射到 PN 结上， 在光电二极管的管壳上设有一个小的通 光窗口。

　　线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰当的元件进行等效，建立相应的模型。

　　（1）理想二极管模型：相当于一个理想开关，正偏时二极管导通管压降为 0V，反偏时电阻无穷大，电 流为零。

　　（2）理想二极管串联恒压降模型：二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为 0.7V。该模型提供了合理的近似，用途广泛。注意：二极管电流近似等于或大于 1mA 正确。

　　（3）折线模型：修正恒压降模型，认为二极管的管压降不是恒定的，而随二极管的电流增加而增加，模 型中用一个电池和电阻 rD 来作进一步的近似，此电池的电压选定为二极管的门坎电压 Uth，约为 0.5V， rD 的值为 200 欧。由于二极管的分散性，Uth、rD 的值不是固定的。

　　（4）小信号模型：如果二极管在它的 V-I 特性的某一小范围内工作，例如静态工作点 Q（此时有 uD=UD、 iD=ID）附近工作，则可把 V-I 特性看成一条直线，其斜率的倒数就是所求的小信号模型的微变电阻 rd。

　　我们运用二极管主要是利用它的单向导电性。它导通时，我们可用短线来代替它，它截止时，我们可认 为它断路。 整流 所谓整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。

　　整流电路是二极管的主要应用领域之一。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流 电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流稳压电源。

　　检波 就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小(100mA)作为界限，通常把输出电流 小于 100mA 的叫检波。

　　钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性可组成钳位电路，如图所示.若 A 点 VA=0，二极管 D 可正向导通， 其压降很小，故 F 点的电位也被钳制在 0V 左右，即 VF≈0。

　　原件保护 在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害，在如图所示的电路中，L 和 R 是线 圈的电感和电阻。

　　当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应的变化；当输入电压高于某一个数 值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。我们把开始不变的电压称为限幅电平。它分为上限幅和下 限幅。 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限 制在某一电压值内。

　　试分析图(1)所示的限幅电路,输入电压的波形为图(2),画出它的限幅电路的波形

　　二极管门电路 二极管组成的门电路，可实现逻辑运算。如图(6)所示的电路，只要有一条电路输入为低电平时，输出即 为低电平，仅当全部输入为高电平时，输出才为高电平。实现逻辑与运算。

　　九、半导体三极管 １、三极管的结构及类型 通过工艺的方法,把两个二极管背靠背的连接起来级组成了三极管。按 PN 结的组合方式有 PNP 型和 NPN 型，它们的结构示意图和符号图分别为：如图（1）、（2）所示

　　不管是什麽样的三极管，它们均包含三个区：发射区，基区，集电区，同时相应的引出三个电极：发射 极，基极，集电极。同时又在两两交界区形成 PN 结，分别是发射结和基点结。 三个区：基区---很薄。一般仅有 1 微米至几十微米厚. 发射区---发射区浓度很高。 集电区---集电结截面积大于发射结截面积。 两个 PN 结：发射结---为发射区与基区之间的 PN 结。 集电结---为集电区与基区之间的 PN 结。 三个电极：发射极 e、 基极 b 和集电极 c; 分别从这三个区引出的电极。 三个区组成形式：有 NPN 型和 PNP 型两种。

　　三极管种类： 按基片材料分---硅管，目前国内生产硅管多为 NPN 型（3D 系列） ； 锗管，目前国内生产锗管多为 PNP 型（3A 系列） 。 按频率特性分---高频管和低频管。 按功率大小分---大功率管、中功率管和小功率管等。 按组成形式分---有 NPN 型和 PNP 型两种。实际应用中采用 NPN 型三极管较多。

　　PNP 型和 NPN 型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不同， 这个箭头方向表示发射结加正向偏置 时的电流方向。

　　２、三极管的放大作用（这一问题是重点） 我们知道，把两个二极管背靠背的连在一起，是没有放大作用的，要想使它具有放大作用，必须做到一 下几点： 发射区中掺杂 基区必须很薄 基电结的面积应很大 工作时：发射结应正向偏置，集电结应反向偏置

　　三极管内部载流子载流子的传输过程 三极管内部载流子载流子的传输过程 因为发射结正向偏置，且发射区进行重掺杂，所以发射区的多数载流子扩散注入至基区，又由于集电结 的反向作用，故注入至基区的载流子在基区形成浓度差，因此这些载流子从基区扩散至集电结，被电场 拉至集电区形成集电极电流。而留在基区的很少，因为基区做的很薄。

　　发射区向基区注入电子，形成发射极电流 iE 电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iB 集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 IC

　　其中：ICEO 为发射结少数载流子形成的反向饱和电流；ICBO 为 IB=0 时，集电极和发射极之间的穿透电流。 为共基极电流的放大系数， 为共发射极电流的放大系数。它们可定义为：

　　放大系数有两种（直流和交流），但我们一般认为，它们二者是相等的，不区分它们。

　　实验表明 IC 比 IB 大数十至数百倍，IB 虽然很小，但对 IC 有控制作用，IC 随 IB 的改变而改变，即基极电 流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就 是三极管的电流放大作用。 。 当 ICBO 可以忽略时，上式可简化为把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为三极管的共发 射极交流电流放大系数 β，其表达式为：

　　３．三极管的特性曲线 它的特性曲线与它的接法有关，在学习之前，我们先来学习一下它的三种不同接法。 （1）共基极，如图（1）所示 （2）共发射极 （3）共集电极 如图（2）所示 如图（3）所示

　　它与 PN 结的正向特性相似，三极管的两个 PN 结相互影响，因此，输出电压 UCE 对输入特性有影响， 且 UCE1,时这两个 PN 结的输入特性基本重合。我们用 UCE=0 和 UCE=1,两条曲线 输出特性

　　它的输出特性可分为三个区：（如图（5）的特性曲线)截止区：IB=0 时，此时的集电极电流近似为零，管子的集电极电压等于电源电压，两个结均反偏 (2)饱和区：此时两个结均处于正向偏置，UCE=0.3V (3)放大区:此时 IC=ßIB，IC 基本不随 UCE 变化而变化，此时发射结正偏，集电结反偏。 ４．三级管主要参数

　　它主要是表征管子放大能力。它有共基极的放大系数和共发射极的放大系数。它们二者的关系是：

　　（1） ：基电极--基极的反向饱和电流。 （2）ICEO：穿透电流，它与 ICBO 关系为：ICEO=（1ß）ICBO ５．参数与温度的关系 由于半导体的载流子受温度影响，因此三极管的参数受温度影响，温度上升，输入特性曲线向左移， 基极的电流不变，基极与发射极之间的电压降低。输出特性曲线上移。 温度升高，放大系数也增加。 十、洁净技术是半导体芯片制造过程中的一项重要技术 半导体芯片制造，尤其是随着高度集成复杂电路和微波器件的发展，要求获得细线条、高精度、大面积 的图形，各种形式的污染都将严重影响半导体芯片成品率和可靠性。生产中的污染，除了由于化学药剂 不纯、气体纯化不良、去离子质量不佳引入之外，环境中的尘埃、杂质及有害气体、工作人员、设备、 工具、日用杂品等引入的尘埃、毛发、皮屑、油脂、手汗、烟雾等都是重要污染来源。 例如，PN 结表面污染上尘埃、皮屑、油脂等将引起反向漏电或表面沟道，手汗引起的 Na 离子沾污将会 使 MOS 器件阈值电压漂移，甚至导致晶体管电流放大系数不稳定，空气中尘埃的沾污将引起器件性能下 降，以致失效；光刻涂胶后尘埃的沾污将使二氧化硅层形成针孔或小岛；大颗粒尘埃附着在光刻胶表面， 会使掩膜版与芯片间距不一致，使光刻图形模糊；高温扩散过程中，附着在硅片上的尘埃将引起局部掺 杂和快速扩散，使结特性变坏。所以洁净技术是半导体芯片制造过程中的一项重要技术。 半导体芯片制造对厂房洁净度的 半导体芯片制造对厂房洁净度的要求

　　空气中的一个小尘埃将影响整个芯片的完整性、成品率，并影响其电学性能和可靠性，所以半导体芯片 制造工艺需在超净厂房内进行。1977 年 5 月，原四机部颁布的《电子工业洁净度等级试行规定》如下： 电子工业洁净度等级试行规定 温度 （ ℃） 相对湿度 正压值 噪声 （ %） （ 帕） （ A 声 级分 贝） 粒径 浓度 （微 （粒/ 最高 最 最高 低 最低 逐级相差≥66.661 适用范围 （以集成电路工艺为 例）

　　因人员走动会产生大量微粒，即使也能有很多微粒产生。以下两个表格列出了操作人员的衣着及行 动对环境的影响。 操作人员（不同的工作服） 操作人员（不同的工作服）不同行动发尘量参考量 微米以上（ 0.5 微米以上（个/分，人）

　　注：白衣型防尘服是指一般的尼龙工作服，全套型是指从头到脚（除脸部外）全套起来的尼龙工作服。

　　操作人员对环境的影响 操作人员穿 使周围尘埃增加倍数 戴 0.20.2-50μm 操作人员本身 使周围尘埃增加 操作人员 使周围尘埃增加 倍数 的运动 倍数

　　从以上两表所列数据，可清楚地看到操作人员的衣着和行动对环境洁净度的影响，所以洁净区要限制人 数，而且洁净区工作人员应注意以下事项。

　　（6） 进入净化区的设备、试剂、气瓶等所有物品都要经严格清洁处理后才可进入。BBIN bbin

　　（8） 定期检测洁净度，超标要停工整顿。 半导体芯片制造工艺对水质的要求 半导体芯片制造工艺对水质的要求 工艺 半导体芯片制造工艺对水质的要求极为严格，纯水质量对半导体芯片的性能、质量、成品率有极大的影 响。随着高度集成复杂电路和微波器件的发展，对纯水质量的要求也不断提高。 超纯水水质指标的变化 1973 年 1976 年 1979 年 1981 年 1983 年

　　半导体芯片制造工艺对气体的要求 半导体芯片制造工艺对气体的要求 工艺 半导体芯片制造工艺中经常使用氧、氩、氢、氮等气体，由于这些气体的微粒杂质和水汽对半导体芯片 的性能、质量、成品率有极大的影响，因此对这些气体的纯度要求较高。下表列出了对这些气体的具体 要求。 半导体工艺中所需的气体及纯度要求 工艺名称 气体名称 纯度要求

　　硅片表面污染的来源 硅片表面污染的来源主要有以下几方面： （1）有机物沾污包括切、磨、抛工艺中的润滑油脂；石蜡、松香等粘合剂；手指分泌的油脂及光刻胶、 有机溶剂的残留物等。 （2）金属离子、氧化物及其他无机物质：包括腐蚀液中重金属杂质离子的残留；各种磨料中的氧化物或 金属离子；使用的容器、镊子、水中金属离子的沾污；各种气体、人体汗液等引入的杂质离子。 （3）其他可溶性杂质。