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1、第第1章章 半导体器件半导体器件半导体的特性半导体的特性1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管1.3 双极型三极管双极型三极管1.4 场效应三极管场效应三极管双极型三极管（双极型三极管（Bipolar Junction Transistor)1.3.1 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管三三极管符号极管符号NPNCBEPNPCBEBECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积
2、较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高发射结发射结集电结集电结BECNNP基极基极(base)发射极发射极(emitter)+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+集电极集电极(collector)1.3.2 电流放大原理（电流放大原理（NPN型）型）BECNNPEBRBEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE1进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IB ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。
3、IBBECNNPEBRBEcIE从基区扩散从基区扩散来的电子漂来的电子漂移进入集电移进入集电结而被收集，结而被收集，形成形成IC。IC2ICIB要使三极管能放大电流，必须使发射结要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。正偏，集电结反偏。静态电流放大倍数静态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数 =IC/IBIC=IB动态电流放大倍数动态电流放大倍数IB：IB+IBIC：IC+IC =IC/IB一般认为：一般认为：=，近似为一常数，近似为一常数，值范围：值范围：20100 IC=IB三极管电流形成原理演示1.3.3 特性曲线特性曲线ICmA
4、AVVUCEUBERBIBUSCUSB 实验线路实验线路(共发射极接法共发射极接法)CBERC IB 与与UBE的关系曲线（同二极管）的关系曲线（同二极管）（1）输入特性）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死区电压，死区电压，硅管硅管工作压降：工作压降：硅管硅管UBE（2）输出特性）输出特性(IC与与UCE的关系曲线的关系曲线)IC(mA )1234UCE(V)3691240 A60 AQQ =IC/IB=2 mA/40 A=50 =IC/IB=(3-2)mA/(60-40)A=50 =IC/IB=3 mA/60 A=50输出特性输出特性IC(mA )12
5、34UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A线性放大区线性放大区:IC=IB此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEICS(ICS)，UCE(3)截止区截止区 UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？USB=-2V，IB=0，IC=0，Q位于截止区位于截止区 USB=2V，IB=(US
6、B-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019 mA IC=IB=50 0.019=0.95 mA ICS=2 mA，Q位于饱位于饱和区和区(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系）的关系）需要注意的问题:型双极型三极管的放大原理 外加电压,载流子,电流方向2.关于饱和的进一步理解BECPPNEBRBEc从基区扩散从基区扩散来的空穴漂来的空穴漂移进入集电移进入集电结而被收集，结而被收集，形成形成IC。ICIC要使三极管能放大电流，必须使发射结要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。正偏，集电结反偏。IEIB输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)
7、36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A线性放大区线性放大区:IC=IB此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电死区电压压,，称为截，称为截止区。止区。三极管的技术数据：三极管的技术数据：（1）电流放大倍数）电流放大倍数（2）集）集-基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBO（3）集）集-射间穿透电流射间穿透电流ICEO（4）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（5）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM（6）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压I
8、CICMOU(BR)CEO UCEPNP型三极管NPN型 PNP型1.4 场效应晶体管场效应晶体管(Field Effect Transistor)场效应管与晶体管不同，它是多子场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管（结型场效应管（JFET）Junction Field Effect Transistor绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOS）Metal-Oxide-Semiconductor场效应管有两种场效应管有两种:N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型一、结型场效应管（一、结型场效应管（J
9、unction Field Transistor)Junction Field Transistor)（1 1）结构）结构N N沟道结型场效应管的结构及符号沟道结型场效应管的结构及符号N型型沟沟道道耗尽层耗尽层(drain)(gate)(Source)P沟道结型场效应管结构及符号沟道结型场效应管结构及符号型型沟沟道道N+N+结型场效应管结构(2)(2)工作原理（工作原理（N N沟道）沟道）PN结结 N型型沟沟道道搀杂程度低搀杂程度低搀杂搀杂程度程度高高搀杂搀杂程度程度高高栅极和导电沟道栅极和导电沟道间存在一个间存在一个PN结，在栅极和结，在栅极和源极之间加反源极之间加反向电压向电压UGS,使使
10、 PN结反偏，通结反偏，通过改变过改变UGS来改来改变耗尽层宽度，变耗尽层宽度，使得使得导电沟道的宽度相导电沟道的宽度相应改变，沟道的电应改变，沟道的电阻值改变，于是漏阻值改变，于是漏极电流极电流 ID改变。即改变。即通过改变通过改变 UGS的大的大小来控制漏极电流小来控制漏极电流ID的大小的大小。耗尽层主要向导耗尽层主要向导电沟道一侧展宽电沟道一侧展宽N沟沟道道当当UGS=0时，耗时，耗尽层比较窄，导尽层比较窄，导电沟道较宽。电沟道较宽。N沟沟道道|UGS|由零逐渐增大由零逐渐增大时，耗尽层逐渐加时，耗尽层逐渐加宽，导电沟道变窄。宽，导电沟道变窄。当当|UGS|=Up时，时，两侧的耗尽层两侧
11、的耗尽层合拢，导电沟合拢，导电沟道被夹断。道被夹断。夹夹断断电电压压UDS=0NNIDIDISISP+P+P+P+VDDVDDVGGUGS=0,UDG0UGS0,UDG|Up|,耗尽层耗尽层宽度增大，导电沟道变宽度增大，导电沟道变窄，沟道电阻增大，窄，沟道电阻增大，ID减小。减小。NISISIDIDP+P+P+P+UGS|Up|，耗尽，耗尽层全部合拢，层全部合拢，ID 0，夹断，夹断改变栅极和源极之间的电压改变栅极和源极之间的电压UGS可控制漏极电流可控制漏极电流ID.结型场效应管输出特性输出特性曲线输出特性曲线UGS=UT固定一个固定一个U DS，画出，画出ID和和UGS的关系曲线，称为转移
12、特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线U DS（V）ID（mA）01324可变电可变电阻区阻区恒流区恒流区击穿区击穿区 二、二、MOS绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（N沟道）沟道）（1）结构结构PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝N导电沟道导电沟道未预留未预留 N沟道增强型沟道增强型预留预留 N沟道耗尽型沟道耗尽型金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管PNNGSDGSDN沟道增强型沟道增强型（2）符号）符号N沟道耗尽型沟道耗尽型GSD栅极栅极漏极漏极源极源极N沟道沟道MOS绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管（3）、工作原理（）、工作原理（N沟道增强型）
13、沟道增强型）利用利用UGS来控制感应电荷的多少，从而改来控制感应电荷的多少，从而改变由这些感应电荷形成的导电沟道的情况，变由这些感应电荷形成的导电沟道的情况，达到控制漏极电流的目的。达到控制漏极电流的目的。PNNGSDUGS=0时，不导电。时，不导电。SDBPNNGSDBVGGN型沟道型沟道UGSUT时，衬底形成一个时，衬底形成一个N型层，标志着形成导电型层，标志着形成导电沟道，把沟道，把S和和D连接起来。连接起来。当加上当加上UDS,并且并且UDSUT。形成电流形成电流ID。UDSID ,UGD 反型层反型层UDD开启电压开启电压当当UGDUT时，将时，将不足以在漏极产不足以在漏极产生导电沟
14、道生导电沟道“夹断夹断”。ID不不再增加。再增加。UGDUT的区域称为饱和的区域称为饱和区区绝缘栅场效应管工作原理绝缘栅场效应管工作原理绝缘栅场效应管工作原理绝缘栅场效应管工作原理转移特性曲线转移特性曲线UT开启电压开启电压IDUGSU DS（V）ID（mA）01324可变电可变电阻区阻区恒流区恒流区击穿区击穿区耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路实验线路(共源极接法共源极接法)GSD输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V固定一个固定一个U DS，画出，画出
15、ID和和UGS的关系曲线，称为转移特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSUP夹断电压夹断电压IDSS饱和漏电流饱和漏电流UGS=0时的时的ID转移特性曲线转移特性曲线跨导跨导gmUGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID本课重点本课重点（1）二极管的特性曲线）二极管的特性曲线（2）稳压二极管的特性曲线及稳压计算。）稳压二极管的特性曲线及稳压计算。（3）晶体管的特性曲线，三个工作区域，）晶体管的特性曲线，三个工作区域，电流放大倍数。电流放大倍数。（4）N沟道沟道 MOS绝缘栅场效应管的特性绝缘栅场效应管的特性 曲线，跨导。曲线，跨导。