基本的半导体器件有哪些?它们的结构、工作原理、功能特点?

基本的半导体器件主要有以下几种：pn结二极管，金属氧化物场效应晶体管（MOS）,双极晶体管（BJT）,结型场效应晶体管。pn结二极管结构：其中pn结二极管由n型半导体和p型半导体接触产生。工作原理：由于二者接触后产生由n型半导体指向p型半导体的内建电场，当外加电压由n型半导体指向p型半导体时进一步增强了其内建电场，因而其电流会很小，当外加电压由p型指向n型时，内建电场降低，电流可顺利通过pn结，形成单向导电的特性。MOS结构：主要由栅极，漏极及源极三部分构成。工作原理：通过栅极控制沟道载流子浓度实现对源极及漏极电流的控制。BJT结构：由发射极，基极，集电极构成。基本原理：通过控制发射极与基极之间的电压以及集电极与基电极之间的电压实现电流的放大，截至等效应。结型场效应晶体管：与MOS构成类似，不同点仅在于其栅极位于沟道的上下两侧。工作原理：上下栅极同时控制沟道的载流子浓度及沟道的宽度实现对电流的控制。

什么是 PIN diode一个硅面结型二极管，在p型半导体层和n型半导体层之间有一层轻渗杂的本征半导体层。其稠密的P和N掺杂区域被相对厚的高电阻率的本征层(I)所分隔，这是在P区和N区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。PIN中的I是"本征"意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存贮效应和"本征"层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且，其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时，"本征"区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入"本征"区，而使"本征"区呈现出低阻抗状态。因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。它可以开关微波传输线辣且作为微波限制器在系统峰包功率小于100 kW时取代TR(发射和接收)管；它还可以用作可变微波衰减器，和在微波相阵控系统中作为电子控制的快速反应的移相器。PIN二极管的特性: 加负电压（或零偏压）时，PIN管等效为电容+电阻；加正电压时，PIN管等效为小电阻。用改变结构尺寸及选择PIN二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或0偏置）的PIN管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反（-164°～+164°之间即可）。 图1给出了PIN二极管在正向导通时的电荷分布情况．为简化起见，我们假设I区域中电子与空穴分布对称且分布密度相同．设x＝－d处的空穴分布密度为p1，在［－d,0］区域中的剩余空穴电荷为q2，且位于x＝－d／2处，这样此区域的平均空穴密度为：p2＝q2／qAd．这里A为结面积，q为单位电荷． 图1　PIN二极管的电荷分布 由于P＋区域的空穴密度远大于电子密度，这样在x＝－d处的电子电流可以忽略(所引起的误差将在下文讨论)．二极管的电流密度可以表示为其中　Da为扩散常数；Jh为空穴电流密度。二极管的电流为 电荷q2与电流的关系式为 其中　τa为寿命时间． 式(2)及式(3)描述了二极管的模型，通过定义qE＝2q1，　qM＝2q2及T＝d2／2Da，两式可简化为 图2表示了在感性负载时二极管的关断过程．此过程可分为两个阶段：从t＝T0到t＝T1，二极管处于低阻抗状态，其电压近似为0，在t＝T1时刻，二极管中I区域边缘的剩余电荷变为0，二极管开始呈现高阻抗状态．在式(4)、(5)中令qE＝0可得t＝T1时刻后二极管的电流为 其中　τrr由式(7)给出，Irr为反向恢复电流峰值． 图2　反向恢复电流波形 一般情况下，trr、Irr及测试条件di／dt、IFM均在器件的产品手册上列出．根据式(6)及测试条件，τrr可由下式获得 其中　a＝－di／dt． 根据图2所示的反向电流波形，qM在t≤T1阶段的表达式为 当t＝T1时，i（T1）＝－Irr＝－qM（T1）／T，代入上式得式(10)，τa可由此式解出 然后参数T可由τa、T及τrr的关系式(7)算出． 从以上的讨论可以看出，该模型的参数可以方便地从产品手册中得到：首先由式(8)计算τrr，再从式(10)解得τa，最后由式(7)决定参数T。 设计PIN二极管时需主要考虑几个参数 1. 插入损耗：开关在导通时衰减不为零，称为插入损耗 2. 隔离度：开关在断开时其衰减也非无穷大，称为隔离度 3. 开关时间： 由于电荷的存储效应，PIN管的通断和断通都需要一个过程，这个过程所需时间 4. 承受功率： 在给定的工作条件下，微波开关能够承受的最大输入功率 5. 电压驻波系数： 仅反映端口输入，输出匹配情况 6. 视频泄漏 7. 谐波： PIN二极管也具有非线性，因而会产生谐波，PIN开关在宽带应用场合，谐波可能落在使用频带内引起干扰. 开关分类：反射式和吸收式， 吸收式开关的性能较反射式开关优良 控制方式：采用TTL信号控制。'1'通'0'断 PIN二极管型号的选择主要是根据所做光功率计的测量范围来确定的。常用的PIN二极管(如FU-15PD)都是小信号工作器件,光敏面不合适,能接收的光功率范围很有限,所以一般不用它做光功率计的探测器。 PIN二极管还可以调节到高频范围。为改善隔离特性，我们可以将两个或多个二极管串联起来，但同时会引起介入损耗的增大。PIN二极管本质上还属于电流控制的电阻器。为减少介入损耗，它们需要采用大量的直流电源以降低I（本征）区内的电阻率。这显然会影响电池寿命。这种特点，再加上PIN二极管方案需要大量器件，使得这种技术很难应用于便携手持式产品。

现在被称作半导体器件的种类如下所示。按照其制造技术可分为分立器件半导体、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、存储器等大类，一般来说这些还会被再分成小类。此外，IC除了在制造技术上的分类以外，还有以应用领域、设计方法等进行分类，最近虽然不常用，但还有按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其规模进行分类的方法。此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。半导体器件的种类： 一、分立器件1、 二极管A、一般整流用B、高速整流用：①FRD（Aast Recovery Diode:高速恢复二极管）②HED（Figh Efficiency Diode:高速高效整流二极管）③SBD（Schottky Barrier Diode:肖特基势垒二极管）C、定压二极管（齐纳二极管）D、高频二极管①变容二极管②PIN二极管③穿透二极管④崩溃二极管/甘恩二极管/骤断变容二极管2、 晶体管①双极晶体管②FET（Fidld Effect Transistor:场效应管）Ⅰ、接合型FETⅡ、MOSFET③IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)3、 晶闸管①SCR(Sillicon Controllde Rectifier:硅控整流器)/三端双向可控硅②GTO（Gate Turn off Thyristor:栅极光闭晶闸管） ③LTT（Light Triggered Thyristor:光触发晶闸管）二、光电半导体1、LED（Light Emitting Diode:发光二极管）2、激光半导体3、受光器件①光电二极管（Photo Diode）/太阳能电池（Sola Cell）②光电晶体管（Photo Transistor）③CCD图像传感器（Charge Coupled Device:电荷耦合器）④CMOS图像传感器（complementary Metal Oxide Semiconductor:互补型金属氧化膜半导体）4、光耦(photo Relay)①光继电器（photo Relay)②光断路器（photo Interrupter）5、光通讯用器件三、逻辑IC1、通用逻辑IC2、微处理器（Micro Processor）①CISC(Complex Instruction Set Computer:复杂命令集计算机)②RISC(Reduced instruction SET Computer:缩小命令集计算机)3、DSP(Digital Signal processor:数字信号处理器件)4、AASIC（Application Specific integrated Circuit:特殊用途IC）①栅陈列（Gate-Array Device）②SC(Standard Cell:标准器件)③FPLD(Field programmable Logic Device:现场可编程化逻辑装置)5、MPR（Microcomputer peripheral:微型计算机外围LSI）6、系统LSI（System LSI）四、模拟IC（以及模拟数字混成IC）1、电源用IC2、运算放大器（OP具Amp）3、AD、DA转换器（AD DA Converter）4、显示器用驱动器IC(Display Driver IC)五、存储器1、DRAM(Dynamic Random Access Memory:动态随机存取存储器)2、SRAM(Static Random Access Memory:静态随机存取储器)3、快闪式存储器(Flash Memory)4、掩模ROM(mask Memory)5、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:强介电质存储器)6、MRAM(Magnetic Random Access Memory:磁性体存储器)

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