一、半导体基本知识
（1）半导体：性能介于导体与绝缘体之间
①半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外,它还具有不同于其他物质的特点,例如,当半导体受到外界光和热的激励时,其导电能力将发生显著变化。又如在纯净的半导体中加入微量的杂质,其导电能力也会有显著的提高。（即光敏性、热敏性、掺杂性）
②导体-低价元素
绝缘体-高价元素
半导体-硅（si），锗（Ge），四价元素
（2）本征半导体：纯净的，具有完整晶体结构的半导体。
①在一定温度下，本征半导体内最重要的物理现象是本征激发（又称热激发），被束缚的价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，温度越高，本征激发越强。
由于随机热振动产生两种带电性质向相反的载流子（空穴和自由电子对）。在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。
②空穴是半导体中的一种等效+q的载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶体中空位，使局部显示+q的空位宏观定向运动。（反映了共价键中的电荷迁移）可用空穴移动产生的电流来表示受束缚的电子移动产生的电流。
③在一定温度下，自由电子和空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为复合。
④当热激发和复合相等时，称为载流子处于动态平衡状态。
⑤本征半导体导电能力差，与温度密切相关。
（3）杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著的改变。根据掺入杂质的性质不同,杂质半导体可分为空穴(P)型半导体和电子(N)型半导体两大类。
①通常，掺杂浓度远大于本征激发载流子的浓度。
②体电阻：通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
（4）载流子的漂移和扩散
①由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移。
②基于载流子的浓度差异和随机热运动,载流子会从高浓度区域向低浓度区域扩散,从而形成扩散电流。如果没有外来的超量载流子的注入或电场的作用,晶体内的载流子浓度趋向于均匀直至扩散电流为零。
（5）PN结的形成
①
理解：P型区空穴浓度很高，N型区电子浓度很高，电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散。使交界处电中性破坏，P区一边失去空穴,留下了带负电的杂质离子;N区一边失去电子,留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子虽然也带电,但由于物质结构的关系,它们不能任意移动,因此并不参与导电。PN结中存在由N区指向P区的内建电场（因为多子的扩散使得不可移动的离子显性，P区是负离子，N区是正离子，所以内建电场由N区指向P区），阻止结外两区的多子的扩散，有利于少子的漂移。
②不能移动的带电离子集中在Р区和N区交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区,这就是所谓的PN结。在这个区域内,多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区有时又称为耗尽区。在PN结空间电荷区内,电子要从N区到P区必须越过一个能量高坡(同样空穴从Р区到N区也要越过此能量高坡)，一般称此能量高坡为势垒，因此空间电荷区又称为势垒区。
③由于该区域缺少载流子,所以它的电阻率很高。
④扩散越强,空间电荷区越宽。
⑤PN结特性：
▲单向导电性
Ⅰ.当外加电压V的正端接半导体Р区,负端接N区(P区接高电位,N区接低电位)时,称V为外加正向电压或正向偏置电压。此时,外加电压形成的外加电场E,与PN结内电场方向相反。PN结结电场减小，正向的PN结表现为一个阻值很小的电阻,此时也称PN结导通。
Ⅱ.外加电压V的正端接N区,负端接Р区(N区接高电位,P区接低电位),这种外加电压称为反向电压或反向偏置电压,PN结处于反向偏置状态。此时,外加电压形成的外电场方向与PN结内电场方向相同。PN结结电场增大，反向的PN结表现为一个阻值很大的电阻,基本上可以认为不导电，此时也称PN结截止。
▲PN结I-V特性
Ⅰ.当二极管的PN结两端加正向电压时,电压u,为正值,当VD比VT大几倍时,二极管的电流i与电压v呈指数关系,如图中的正向电压部分所示。
Ⅱ.当二极管加反向电压时,VD为负值。若lVDl比VT大几倍时,指数项趋近于零,因此iD=-Is,如图中的反向电压部分所示。可见当温度一定时,反向饱和电流是个常数Is,不随外加反向电压的大小而变化。（可能有计算题）
Ⅲ.Si和Ge参数对比
材料开启电压导通压降反向饱和电流Si0.5V0.5~0.8V1uA以下Ge0.7V0.1~0.3V几十uA
▲PN结的反向击穿
Ⅰ.在测量PN结的I-V特性时,如果加到PN结两端的反向电压增大到一定数值时,反向电流突然增加,这个现象就称为PN结的反向击穿(电击穿)。发生击穿所需的反向电压Vbr称为反向击穿电压。PN结电击穿后电流很大,容易使PN结发热。
Ⅱ.当反向电压增大到某一数值后,载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样,载流子增加得多而快,使反向电流急剧增大,于是PN结被击穿,这种击穿称为雪崩击穿。
上述两种电击穿过程是可逆的
Ⅲ.反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率,超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升,直到过热而烧毁,这种现象就是热击穿。热击穿则是必须尽量避免。
▲PN结的电容效应(结电容：Cj=Cd+Cb)
Ⅰ.扩散电容Cd：外加正向电压时，扩散运动的电荷的积累和释放。
PN结在正向偏置时,积累在Р区的电子和N区的空穴随正向电压的增加而很快增加,扩散电容较大。反向偏置时,因为载流子数目很少,所以扩散电容数值很小,一般可以忽略。
Ⅱ.势垒电容Cb:外加反向电压时，空间电荷区的电荷积累与释放。
对于非线性的势垒电容，可用微增量电容的概念来定义，即
式中dQ为势垒区每侧存储电荷的微增量,dv为作用于结型二极管上的电压微增量。经理论推导,势垒电容可表示为
Ⅲ.在高频应用时，必须考虑PN结电容的影响。
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