半導體器件概述

半導體器件是導電性介于良導電體與絕緣體之間，利用半導體材料特殊電特性來完成特定功能的電子器件，可用來產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信 號和進行能量轉(zhuǎn)換。半導體器件的半導體材料是硅、鍺或砷化鎵，可用作整流器、振蕩器、發(fā)光器、放大器、測光器等器材。為了與集成電路相區(qū)別，有時也稱為分立器件。絕大部分二端器件(即晶體二極管)的基本結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)。

半導體器件(semiconductor device)通常利用不同的半導體材料、采用不同的工藝和幾何結(jié)構(gòu)，已研制出種類繁多、功能用途各異的多種晶體二極，晶體二極管的頻率覆蓋范圍可從低頻、高頻、微波、毫米波、紅外直至光波。三端器件一 般是有源器件，典型代表是各種晶體管(又稱晶體三極管)。晶體管又可以分為雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管兩 類。根據(jù)用途的不同，晶體管可分為功率晶體管微波晶體管和低噪聲晶體管。除了作為放大、振蕩、開關(guān)用的 一般晶體管外，還有一些特殊用途的晶體管，如光晶體管、磁敏晶體管，場效應(yīng)傳感器等。這些器件既能把一些 環(huán)境因素的信息轉(zhuǎn)換為電信號，又有一般晶體管的放大作用得到較大的輸出信號。此外，還有一些特殊器件，如單結(jié)晶體管可用于產(chǎn)生鋸齒波，可控硅可用于各種大電流的控制電路，電荷耦合器件可用作攝橡器件或信息存 儲器件等。在通信和雷達等軍事裝備中，主要靠高靈敏度、低噪聲的半導體接收器件接收微弱信號。隨著微波 通信技術(shù)的迅速發(fā)展，微波半導件低噪聲器件發(fā)展很快，工作頻率不斷提高，而噪聲系數(shù)不斷下降。微波半導體 器件由于性能優(yōu)異、體積小、重量輕和功耗低等特性，在防空反導、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)中已得到廣泛的應(yīng)用 。

晶體二極管晶體二極管的基本結(jié)構(gòu)是由一塊 P型半導體和一塊N型半導體結(jié)合在一起形成一個 PN結(jié)。在PN結(jié)的交界面處，由于P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子要相互向?qū)Ψ綌U散而形成一個具有空間電荷的偶極層。這偶極層阻止了空穴和電子的繼續(xù)擴散而使PN結(jié)達到平衡狀態(tài)。當PN結(jié)的P端(P型半導體那邊)接電源的正極而另一端接負極時，空穴和電子都向偶極層流動而使偶極層變薄，電流很快上升。如果把電源的方向反過來接，則空穴和電子都背離偶極層流動而使偶極層變厚，同時電流被限制在一個很小的飽和值內(nèi)(稱反向飽和電流)。因此，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。此外，PN結(jié)的偶極層還起一個電容的作用，這電容隨著外加電壓的變化而變化。在偶極層內(nèi)部電場很強。當外加反向電壓達到一定閾值時，偶極層內(nèi)部會發(fā)生雪崩擊穿而使電流突然增加幾個數(shù)量級。利用PN結(jié)的這些特性在各種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)制成的二極管有：整流二極管、檢波二極管、變頻二極管、變?nèi)荻O管、開關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管(曾訥二極管)、崩越二極管(碰撞雪崩渡越二極管)和俘越二極管(俘獲等離子體雪崩渡越時間二極管)等。此外，還有利用PN結(jié)特殊效應(yīng)的隧道二極管，以及沒有PN結(jié)的肖脫基二極管和耿氏二極管等。

雙極型晶體管它是由兩個PN結(jié)構(gòu)成，其中一個PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，另一個稱為集電結(jié)。兩個結(jié)之間的一薄層半導體材料稱為基區(qū)。接在發(fā)射結(jié)一端和集電結(jié)一端的兩個電極分別稱為發(fā)射極和集電極。接在基區(qū)上的電極稱為基極。在應(yīng)用時，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電極處于反向偏置。通過發(fā)射結(jié)的電流使大量的少數(shù)載流子注入到基區(qū)里，這些少數(shù)載流子靠擴散遷移到集電結(jié)而形成集電極電流，只有極少量的少數(shù)載流子在基區(qū)內(nèi)復合而形成基極電流。集電極電流與基極電流之比稱為共發(fā)射極電流放大系數(shù)。在共發(fā)射極電路中，微小的基極電流變化可以控制很大的集電極電流變化，這就是雙極型晶體管的電流放大效應(yīng)。雙極型晶體管可分為NPN型和PNP型兩類。

場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管依靠一塊薄層半導體受橫向電場影響而改變其電阻(簡稱場效應(yīng))，使具有放大信號的功能。這薄層半導體的兩端接兩個電極稱為源和漏?？刂茩M向電場的電極稱為柵。根據(jù)柵的結(jié)構(gòu),場效應(yīng)晶體管可以分為三種：①結(jié)型場效應(yīng)管(用PN結(jié)構(gòu)成柵極);②MOS場效應(yīng)管(用金屬-氧化物-半導體構(gòu)成柵極,見金屬-絕緣體-半導體系統(tǒng));③MES場效應(yīng)管(用金屬與半導體接觸構(gòu)成柵極);其中MOS場效應(yīng)管使用最廣泛。尤其在大規(guī)模集成電路的發(fā)展中,MOS大規(guī)模集成電路具有特殊的優(yōu)越性。MES場效應(yīng)管一般用在GaAs微波晶體管上。在MOS器件的基礎(chǔ)上,又發(fā)展出一種電荷耦合器件 (CCD)，它是以半導體表面附近存儲的電荷作為信息，控制表面附近的勢阱使電荷在表面附近向某一方向轉(zhuǎn)移。這種器件通?？梢杂米餮舆t線和存儲器等;配上光電二極管列陣，可用作攝像管。