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1、第4章半导体器件第1页，共19页，编辑于2022年，星期一4.1.1 半导体的物理特性半导体的物理特性半导体有特殊的导电性：半导体有特殊的导电性：1 1）掺杂性；）掺杂性；2 2）热敏性；）热敏性；3 3）光敏性）光敏性半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的这一类材料，如：导电性能介于导体和绝缘体之间的这一类材料，如：硅硅（SiSi）、）、锗锗（GeGe）、）、砷化镓砷化镓（GaAsGaAs）等。其中硅材料用得）等。其中硅材料用得最广，它是当前制作集成器件的主要材料。最广，它是当前制作集成器件的主要材料。4.1 半导体二极管半导体二极管第2页，共19页，编辑于2022年，星期一纯净的半导
2、体称：纯净的半导体称：本征半导体本征半导体。在本征半导体中，掺入。在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就形成一定量的杂质元素，就形成杂质半导体杂质半导体。P P型半导体型半导体 在本征半导体中，在本征半导体中，掺入三价杂质如（硼、掺入三价杂质如（硼、镓等），称为镓等），称为P P型（空穴型）半导体。型（空穴型）半导体。N N型半导体型半导体 在本征半导体中，掺入五价杂质（磷、在本征半导体中，掺入五价杂质（磷、砷等），称为砷等），称为N N型（电子型）半导体。型（电子型）半导体。PNPN结结对一块本征半导体，通过不同的掺杂工艺，使对一块本征半导体，通过不同的掺杂工艺，使其一半形成其一半形成P
3、P型半导体，一半形成型半导体，一半形成N N型半导体。不同杂质半导型半导体。不同杂质半导体之间将会形成体之间将会形成PNPN结。结。第3页，共19页，编辑于2022年，星期一4.1.2 4.1.2 二极管的结构和分类二极管的结构和分类点接触型：结面积小，允许通过电流小，工作速度高。点接触型：结面积小，允许通过电流小，工作速度高。面接触型：结面积大，允许通过电流大，工作频率低面接触型：结面积大，允许通过电流大，工作频率低根据材料不同分为硅管和锗管根据材料不同分为硅管和锗管第4页，共19页，编辑于2022年，星期一2、反向特性反向特性1、正向特性、正向特性死区电压死区电压硅管约硅管约 0.5V锗管
4、约锗管约 0.1V正向导通压降正向导通压降硅管约硅管约 0.6V 0.8V锗管约锗管约 0.1V 0.3V反向电流反向电流硅管硅管 0.1 锗管约锗管约 几十几十4.1.3 二极管的伏安特性二极管的伏安特性i(mA)u(V)i=Is(eu/UT-1)第5页，共19页，编辑于2022年，星期一一、最大整流电流一、最大整流电流 IF二、最大反向工作电压二、最大反向工作电压 UR三、反向电流三、反向电流 IR四、最高工作频率四、最高工作频率 fM1）理想二极管模型）理想二极管模型特点：正偏导通电压为零，反偏截止电流为零。特点：正偏导通电压为零，反偏截止电流为零。4.1.5 二极管的电路模型及应用二极
5、管的电路模型及应用4.1.4 二极管的主要参数二极管的主要参数2）二极管的恒压源模型）二极管的恒压源模型特点：正向电压大于特点：正向电压大于Uon导通导通,导通压降为导通压降为Uon；电压小于电压小于Uon截止截止,电流为零。电流为零。1.二极管的电路模型二极管的电路模型第6页，共19页，编辑于2022年，星期一2.二极管的应用二极管的应用1）二极管整流电路）二极管整流电路第7页，共19页，编辑于2022年，星期一2）二极管限幅电路）二极管限幅电路ui5sint(V)第8页，共19页，编辑于2022年，星期一4.1.6 稳压二极管稳压二极管1、稳定电压、稳定电压Uz2、稳定电流、稳定电流Iz(
6、Izmin)3、动态电阻、动态电阻rz4、最大稳定电流、最大稳定电流Izm及额定功耗及额定功耗Pzm 5、温度系数、温度系数 UziuIzIzmIU+-一、稳压管伏安特性一、稳压管伏安特性二、稳压管主要参数二、稳压管主要参数第9页，共19页，编辑于2022年，星期一外加合适电压：外加合适电压：4.2.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型制造工艺特点：制造工艺特点：1、基区很薄且低掺杂。、基区很薄且低掺杂。2、发射区高掺杂。、发射区高掺杂。3、集电区面积较大。、集电区面积较大。发射结正偏（发射结正偏（UB UE)集电结反偏集电结反偏(UC UB)。4.2 双极型晶体管双极型晶体管第10页，共
7、19页，编辑于2022年，星期一 共射电流放大系数共射电流放大系数关于关于PNP晶体管晶体管发射结正偏（发射结正偏（UB UE)；集电结反偏；集电结反偏(UC UB UE第11页，共19页，编辑于2022年，星期一4.2.2 晶体管共射特性曲线晶体管共射特性曲线一、输入特性一、输入特性iB=f(uBE)|uCE=常数常数 uCE 1V 情况情况iBuBEuCE1VIEICIB+UBE-+UCE-第12页，共19页，编辑于2022年，星期一uCE(V)iC(mA)iB=80 A60 A40 A20 A02 4 6 84321iB 0 且且uCEuBE区域。区域。发射结正偏；集电结正偏。发射结正偏
8、；集电结正偏。1、截止区、截止区一般指一般指iB 0区域。区域。发射结反偏；集电结反偏。发射结反偏；集电结反偏。2、放大区、放大区iB 0 且且uCE uBE区域。发射结正偏；集电结反偏。区域。发射结正偏；集电结反偏。3、饱和区、饱和区二、输出特性二、输出特性iC=f(uCE)|iB=常数常数第13页，共19页，编辑于2022年，星期一一、电流放大系数一、电流放大系数 ；二、极间反向电流：二、极间反向电流：1、反向饱和电流、反向饱和电流 ICBO；2、穿透电流、穿透电流ICEO三、极限参数：三、极限参数：1、集电极最大允许功耗、集电极最大允许功耗 PCM 2、集电极最大电流、集电极最大电流 I
9、CM 3、反向击穿电压、反向击穿电压 U(BR)1）U(BR)CEO 2）U(BR)CBO 3）U(BR)EBO4.2.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第14页，共19页，编辑于2022年，星期一半导体晶体管的型号国家标准对半导体晶体管的命名如下国家标准对半导体晶体管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类
10、用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格晶体管晶体管第15页，共19页，编辑于2022年，星期一金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管（半导体场效应管（MOS管管）N(P)沟道增强型沟道增强型uGS=0时，无导电沟道时，无导电沟道N(P)沟道耗尽型沟道耗尽型uGS=0时，有导电沟道时，有导电沟道4.3 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管4.3.1 MOS管的类型管的类型漏极漏极D源极源极S栅极栅极G衬底衬底B第16页，共19页，编辑于2022年，星期一当当uGS=UGS(th)开启电压开启电压衬底表面
11、形成反型层衬底表面形成反型层导电沟道导电沟道控制控制uGS大小大小控制沟道宽窄控制沟道宽窄控制控制iD大小大小输出特性输出特性转移特性转移特性4.3.2 MOS管的伏安特性和工作状态管的伏安特性和工作状态一、一、N沟道增强型沟道增强型 MOS管管第17页，共19页，编辑于2022年，星期一二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS管管三、三、P沟道沟道MOS管管第18页，共19页，编辑于2022年，星期一4.3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数三、极限参数三、极限参数一、直流参数一、直流参数二、交流参数二、交流参数开启电压开启电压夹断电压夹断电压直流输入电阻直流输入电阻低频跨导低频跨导最大耗散功率最大耗散功率反向击穿电压反向击穿电压4.3.4 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较第19页，共19页，编辑于2022年，星期一