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为什么研究半导体？ 电子电路工作的核心器件是晶体管，而晶体管是由半导体材料构成的。 1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体 一、半导体： 导电性能介于导体与绝缘体之间的物质。 单质半导体：碳(C)、硅(Si)、锗(Ge) 化合物半导体：磷化镓、砷化镓、磷砷化镓等 本征半导体：99.9999999% 纯度的具有晶体结构的半导体 “九个九” 物质按照其原子排列特点可分为： （晶体：原子、分子完全按照严格的周期性重复排列的物质称为晶体，原子呈无序排列的叫做非晶体，介于这两者之间的叫做准晶体。） 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 化学元素周期表 从本征Si结构上分析其导电性硅晶体的立体结构 图1.1.1 本征半导体平面结构示意图 三、本征半导体的激发与复合 四、本征半导体中的载流子浓度 金属与半导体材料的电阻率比较 硅的用途 多用于制造敏感元件，例如光敏电阻、热敏电阻等，可以把非电物理量（例如光照强度、温度）转换为电量（例如电阻、电压、电流）。 PN结单向导电性的特点 正向导通、反向截止； 正向电阻小、反向电阻大； 反向电流小、正向电流大； 正向电流是多子的扩散电流，与外加电压有关，电压越高，电流越大； 反向电流是少子的漂移电流，称为：反向饱和电流。与外加电压无关，与激发有关。 三、PN结的电流方程 PN结的电流方程描述PN结两端电压与流过PN结的电流的关系。 PN结电流方程的含义 1.当正向电压＞＞UT（≈26mV）时，可简化为： 例题： P66 习题1.2 是否允许将1.5V的干电池以正向接法接至二极管的两端？为什么？ 答：不允许。这将导致二极管烧毁或电池短路损坏。 由PN结伏安特性式计算可知：当 UD=1.5V 时， ID ≈ IS×1.14×1025（A） 这时，即使IS很小，例如 nA 数量级（10-9 A）， 有： ID ≈ 10-9 ×1.14×1025 = 1.14×1016 （A） 根据计算，干电池输出功率将达到： P = U?I = 1.5V× 1.14×1016 （A）=1.71×1016 （W）= 1.71 亿亿 （W） 这显然是不可能的。后果必然是：或者烧毁二极管，或者使电池短路损坏。因此应禁止将二极管直接与电池相连。 四、PN结的伏安特性 PN结伏安特性曲线的三个区 正向导通区 1. 死区（O-A）； 2. 导通区（线性区A-B）； 反向截止区 3. 截止区（O-C）; 4. 击穿区（C-D）。 高掺杂：齐纳击穿（|UB | ＜ 4 V）; 低掺杂：雪崩击穿（|UB | ＞ 6 V）; 1.2.4 二极管的等效电路 求动态电阻的公式 图1.2.8 直流电压源和交流小幅值电压同时作用的二极管电路 图1.2.11 稳压管稳压电路 1.2.6 其它类型二极管 (1) 发光二极管LED 图1.2.15 例图1.2.3 电路图 1.3.1晶体管的形成、结构、类型及符号 晶体管的结构示意图如图1.3.2所示。 它有两种类型:NPN型和PNP型。 图1.3.2 两种极性的晶体管 1.3.2 晶体管的电流分配与控制 （1）晶体管具有放大作用的外部条件 晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。 特点：小的基极电流控制大的集电极电流 放大的对象是变化量 三种组态 晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 1.3.3 晶体管的特性曲线（共射接法） iB是输入电流，vBE是输入电压 输出特性曲线可以分为三个区域: 1.3.4晶体管的主要参数 晶体管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数 (1)直流参数 1.共射直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB ? vCE=const 2.共基极交流电流放大系数α α=?IC/?IE? VCB=const 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电 压的能力，其测试时的原理电路如图所示。 三极管击穿电压的测试电路 晶体管的型号 国家标准对晶体管的命名如下: 3 D G 110 B 晶体管图片 1.4 场效应管 场效应管(FET)是利