《半导体与常用器》课件

半导体与常用器本课程将带您深入了解半导体材料及其在电子器件中的应用我们将探讨半导体器件的原理、结构、特性及应用什么是半导体介于导体和绝缘体之间广泛应用于电子器件导电性能介于导体和绝缘体之间，在一定条件下，导电性能可以构成现代电子器件的核心材料，应用于各种电子设备，包括计算发生显著变化例如，温度变化、光照变化、电场变化机、手机、电视、汽车等半导体的性质导电性可控可制成各种器件广泛应用于电子设备半导体材料在不同条件下表现出不同导电性半导体材料可以制作各种电子器件，如二极半导体器件在现代电子设备中扮演着重要角能管、三极管等色半导体的基本单元原子能带理论12半导体材料是由原子构成的，每个原子都拥有原子核和电子能带理论解释了半导体材料的导电特性，电子在能带间跃迁导致电流的产生电子空穴对晶体结构34半导体材料中存在电子和空穴，它们相互作用，影响半导体半导体材料的晶体结构决定了电子和空穴的运动规律，影响的导电性其导电性半导体的制备半导体的制备是制造各种电子元器件的基础从原料到最终产品，半导体生产涉及多个关键步骤，每个步骤都至关重要原材料1硅、锗等提纯2去除杂质晶体生长3单晶硅切片4薄片加工5蚀刻、扩散、沉积等半导体的掺杂掺杂的目的通过添加少量杂质元素，提高半导体的导电能力，使其更适合制作电子器件掺杂的类型主要分为N型掺杂和P型掺杂，分别通过添加五价元素和三价元素实现掺杂的过程将少量杂质元素引入硅或锗晶体中，形成N型或P型半导体掺杂的应用掺杂是制作PN结、二极管、三极管等基本电子器件的基础结的形成PN型半导体N1掺杂了五价元素，如砷型半导体P2掺杂了三价元素，如硼接触3N型和P型半导体接触扩散4电子和空穴扩散，形成PN结PN结是半导体器件的核心，由N型半导体和P型半导体接触形成N型半导体掺杂了五价元素，如砷，形成自由电子；P型半导体掺杂了三价元素，如硼，形成空穴当N型和P型半导体接触时，电子和空穴会相互扩散，形成一个称为PN结的区域结的特性PN单向导电性结电容PN结具有单向导电性，正向电压PN结内部存在一个空间电荷区，下导通，反向电压下截止该区域表现出一定的电容特性电流电压特性-PN结的电流随电压的变化而变化，呈现出非线性关系肖特基结金属与半导体之间的接触面形成肖特基二极管降低导通电压提高开关速度二极管单向导电性结类型多样PN二极管只允许电流从正向通过，反向则二极管的核心是PN结，由N型和P型半常见的二极管类型包括硅二极管、锗二会阻断电流这项特性使其成为电子电导体材料组成，中间形成了一个耗尽层极管、肖特基二极管等，它们拥有不同路中常见的开关和整流元件，控制着电流的流动方向的特性，适用于不同的应用场景二极管的特性正向特性反向特性伏安特性二极管正向偏置时，电流随电压增加迅速增二极管反向偏置时，电流很小，几乎为零，二极管的正向伏安特性呈指数关系，反向伏大，正向电流很大且保持不变，直到反向击穿电压安特性呈线性关系二极管的应用整流发光电压钳位逻辑门将交流电转换为直流电，用于LED二极管，用于显示屏、照明限制电压峰值，保护电路用于构建基本的逻辑电路电子设备的电源供电等三极管晶体管的概念三极管的类型三极管是一种半导体器件，由三个PN结组成它可以放大电流、三极管主要分为NPN型和PNP型两种，根据基极、发射极和集电电压或功率信号极的材料组合来区分它是现代电子电路中最重要的基础元件之一，广泛应用于各种电三极管的类型影响其工作特性和应用领域子设备三极管的分类按材料分类按结构分类

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22.硅三极管和锗三极管，硅三极NPN型和PNP型，NPN型比管在高溫性能和穩定性上更優PNP型应用更廣泛越按用途分类按极性分类

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44.小信号三极管和大功率三极管共射、共基、共集電極，共射，大功率三極管用於控制較大電路應用最廣泛電流三极管的工作原理发射结正偏1发射结正偏后，电子从发射区注入基区，少数载流子浓度增大集电结反偏2集电结反偏后，基区中的电子大部分进入集电区，成为集电电流电流放大3集电电流远大于基区电流，实现了电流放大作用，这是三极管的本质功能三极管的特性电流放大开关作用非线性特性三极管可以放大电流信号，实现信号增益三极管可以作为开关使用，控制电流的通断三极管的输入输出关系是非线性的，使其能够实现各种功能三极管的应用放大电路三极管可放大音频、射频等信号，应用于收音机、电视机、手机等开关电路三极管可控制电流，实现开关功能，应用于计算机、电源、电机控制等振荡电路三极管可产生特定频率的信号，应用于时钟电路、无线电发射机等集成电路的概念微型化电子电路小型化和高集成度集成电路是一种将多个电子元件，如晶体管、电阻、电容等，集集成电路实现了电子器件的极度小型化和高集成度，使电子设备成在同一个半导体芯片上的微型化电子电路更加轻巧、性能更强大、功耗更低集成电路的分类按用途分类按集成度分类按工艺分类集成电路可分为模拟集成电路、数字集集成电路可分为小规模集成电路（SSI集成电路可分为双极型集成电路、MOS成电路和混合集成电路）、中规模集成电路（MSI）、大规模型集成电路和双极型-MOS型集成电路集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）和极大规模集成电路（ULSI）集成电路的制造晶圆制造1使用硅材料制成晶圆光刻2使用紫外光将电路图案转移到晶圆上刻蚀3去除多余的材料，形成电路掺杂4改变硅的导电性，形成PN结封装5将芯片封装成集成电路集成电路的制造过程复杂且精密，需要经过多个步骤才能完成从最初的晶圆制造到最后的封装，每个步骤都需要严格的控制和管理微控制器嵌入式系统核心集成电路

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22.微控制器是嵌入式系统的核心它包含了CPU、内存、I/O接，控制着各种电子设备口等功能模块，整合在一个芯片上编程控制广泛应用

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44.用户可以通过编程来控制微控微控制器应用于各种领域，如制器，实现各种特定功能智能家居、工业自动化、医疗设备等微处理器中央处理单元微处理器是计算机的核心，负责处理所有指令和数据集成电路微处理器由复杂的集成电路组成，包含多个功能单元，如算术逻辑单元ALU和控制单元高性能现代微处理器具有高性能、低功耗和高集成度的特点，为各种应用提供了强大的计算能力存储器存储数据的部件不同存储器类型12计算机中存储数据、程序以及例如，RAM、ROM、Flash存其他信息的部件储器和硬盘驱动器访问速度和容量数据持久性34存储器的访问速度和容量会影存储器可以分为易失性存储器响计算机的性能和非易失性存储器电阻定义作用电阻是电路中的一种元件，阻碍电流通过电阻值以欧姆为单位电阻器在电路中起着控制电流、分压、限流等作用它可以调节，用符号“Ω”表示电路中电流的大小，或将电压分配到不同部分电容电容的结构电容的种类电容的应用电容器由两个相互靠近的导体构成，导体之•电解电容电容广泛应用于电子电路中，例如滤波、耦间由绝缘材料隔开合、储能等•陶瓷电容•薄膜电容电容电容的定义电容的单位电容是电子元件，它能存储电能电容的单位是法拉（F）1法拉，并能释放能量它由两个导体等于1库仑的电荷在1伏特的电位差组成，它们之间由绝缘体隔开下储存的电能电容的应用电容的类型电容广泛应用于电子电路中，例电容的类型有很多，例如陶瓷电如滤波、耦合、去耦、储能等容、电解电容、薄膜电容等变压器工作原理应用变压器利用电磁感应原理将交流变压器广泛应用于电力系统、电电压升高或降低子设备等领域变压器通过线圈间的磁耦合将能变压器用于将高压电降至低压电量从一个电路传递到另一个电路，供家庭和工业使用类型变压器按其用途、结构和工作电压进行分类常见类型包括电力变压器、电子变压器、音频变压器等继电器电磁控制信号放大电路控制隔离继电器使用电磁铁控制开关，继电器可以放大低电压信号，继电器可用于多种电路控制，继电器隔离了控制电路和被控实现电路的通断控制高电压电路例如自动控制系统电路，提高安全性传感器温度传感器光传感器压力传感器距离传感器用于测量温度，如热敏电阻和用于检测光线强度，如光电二用于测量压力，如压阻传感器用于测量距离，如超声波传感热电偶，广泛应用于工业控制极管和光电三极管，应用于相和压电传感器，应用于汽车安器和红外传感器，应用于自动、医疗监测和环境监测等领域机、自动门、光控照明等全系统、医疗设备和工业自动驾驶、机器人导航和工业自动化等化等执行器电机气动执行器

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22.电机是执行器中最常见的类型气动执行器利用压缩空气驱动，用于产生旋转或线性运动，适用于需要快速响应和高力量的应用液压执行器伺服执行器

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44.液压执行器使用液压油驱动，伺服执行器能够精确控制位置可提供更大的力量和扭矩和速度，广泛应用于自动化和机器人领域总结半导体是现代电子技术的基础，在我们的本次课程主要介绍了半导体的基本概念、日常生活中发挥着至关重要的作用从手性质、制备和掺杂，并深入探讨了二极管机到电脑，从汽车到飞机，半导体器件无、三极管、集成电路、存储器等常用器件处不在了解半导体的基本原理和常用器件的特性希望通过本次学习，大家能够对半导体与，可以帮助我们更好地理解电子设备的工常用器件有一个更加深入的了解，并能够作原理，并进行更有效地应用将所学知识应用到实际工作和生活中。