電子技術基礎第一章半導體元件及其特性第一節半導體基礎知識與PN結主講教師：王鵬第一節半導體基礎知識與PN結主要內容半導體基本知識、PN結形成PN結形成重點難點項目導讀廣播通信：發射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機網絡：路由器、ATM交換機、收發器、調制解調器、4G和5G網絡工業：鋼鐵、石油化工、機加工、數控機床交通：飛機、火車、輪船、汽車軍事：雷達、電子導航、導彈航空航天：北斗衛星定位、監測、載人航天醫學：γ刀、CT、B超、微創手術消費類電子：家電(空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表)、電子玩具、各類報警器、保安系統電子技術的發展，推動計算機技術的發展，是新一代技術革命的基礎，使之“無孔不入”，應用廣泛！

電子技術的發展很大程度上反映在元器件的發展上。從電子管→半導體管→集成電路1904年電子管問世1947年晶體管誕生1958年集成電路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較緒論半導體發展1947年貝爾實驗室制成第一只晶體管1958年集成電路1969年大規模集成電路1975年超大規模集成電路

第一片集成電路只有4個晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個晶體管。有科學家預測，集成度還將按10倍/6年的速度增長，到2015或2022年達到飽和。學習電子技術方面的課程需時刻關注電子技術的發展！

2016年，勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團隊打破了物理極限，將現有的最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm，完成了計算技術界的一大突破。緒論半導體發展第一只晶體管的發明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一個集成電路及其發明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州儀器公司的實驗室里，實現了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構想。42年以后，2000年獲諾貝爾物理學獎。“為現代信息技術奠定了基礎”。

他們在1947年11月底發明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。1956年獲諾貝爾物理學獎。巴因所做的超導研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學獎。值得紀念的幾位科學家！緒論半導體發展數字信號：離散性

模擬信號：連續性。大多數物理量為模擬信號。“1”的電壓當量“1”的倍數介于K與K+1之間時需根據閾值確定為K或K+1

電子技術包括Analog（模擬）電子技術和Digital（數字）電子技術。電子技術是對電子信號進行處理的技術，處理的方式主要有：信號的發生、放大、濾波、轉換。模擬和數字電路分別是對模擬信號和數字信號進行處理的電路

緒論模電與數電模擬電子電路數字電子電路（系統）傳感器接收器隔離、濾波、放大運算、轉換、比較功放模擬-數字混合電子電路模擬電子系統執行機構緒論電子信息系統組成第一節半導體基礎知識與PN結半導體特性

二極管為什么能夠實現單向導電？

單向導電的性能能夠實現什么樣的功能？思考？

在物理學中。根據材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體。所謂半導體是指導電能力介于導體和絕緣體之間的一種物質。最常用的半導體材料是硅（Si）和鍺（Ge）兩種元素半導體。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。第一節半導體基礎知識與PN結半導體材料半導體的導電能力受各種因素影響：

1.熱敏特性

溫度升高，大多數半導體的電阻率下降。由于半導體的電阻率對溫度特別靈敏，利用這種特性就可以做成各種熱敏元件。

2.光敏特性

許多半導體受到光照輻射，電阻率下降。利用這種特性可制成各種光電元件。

3.摻雜特性

在純凈的半導體中摻入微量的某種雜質后，它的導電能力就可增加幾十萬甚至幾百萬倍。利用這種特性就可制成各種不同用途的半導體器件，如半導體二極管、三極管晶閘管、場效應管等。第一節半導體基礎知識與PN結半導體特性

本征半導體的共價鍵結構

本征半導體——本征半導體是完全純凈的、結構完整的半導體晶體制造。

半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。第一節半導體基礎知識與PN結本征半導體這一現象稱為本征激發，也稱熱激發。

當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現了一個空位，稱為空穴。第一節半導體基礎知識與PN結本征半導體

可見本征激發同時產生電子空穴對。外加能量越高（溫度越高），產生的電子空穴對越多。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對第一節半導體基礎知識與PN結本征半導體雜質半導體

通過擴散工藝，在本征半導體中摻入微量合適的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著改變，形成雜質半導體。根據摻入雜質的化合價不同，可分為N型半導體和P型半導體。第一節半導體基礎知識與PN結雜質半導體多余電子磷原子硅原子多數載流子——自由電子少數載流子——空穴++++++++++++N型半導體施主離子自由電子電子空穴對第一節半導體基礎知識與PN結

N型半導體

在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入微量的5價磷元素，就形成了N型半導體。

在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等，就形成了P型半導體。空穴硼原子硅原子多數載流子——空穴少數載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導體受主離子空穴電子空穴對第一節半導體基礎知識與PN結

P型半導體雜質半導體的示意圖++++++++++++N型半導體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關多子濃度——與溫度無關第一節半導體基礎知識與PN結

PN結內電場E

因多子濃度差

形成內電場

多子的擴散

空間電荷區

阻止多子擴散，促使少子漂移。PN結合空間電荷區多子擴散電流少子漂移電流耗盡層第一節半導體基礎知識與PN結

PN結形成少子漂移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散又失去多子，耗盡層寬，E內電場E多子擴散電流少子漂移電流耗盡層動態平衡：擴散電流＝漂移電流總電流＝0第一節半導體基礎知識與PN結

PN結單向導電性(1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區，負極接N區外電場的方向與內電場方向相反。外電場削弱內電場→耗盡層變窄→擴散運動＞漂移運動→多子擴散形成正向電流IF正向電流第一節半導體基礎知識與PN結

PN結單向導電性(2)加反向電壓——電源正極接N區，負極接P區

外電場的方向與內電場方向相同。外電場加強內電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流IRPN第一節半導體基礎知識與PN結

PN結單向導電性若PN結的P端接電源負極、N端接電源正極，這種接法稱為反向偏置，