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1、 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程电子器件基础电子器件基础 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.1.0 概述概述v基本电子器件无源器件：分立（DISCRETE）半导体器件电阻/电容/电感二极管/三极管/场效应管 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v电子器件的基本电气特性电压特性电流特性伏安特性（V-I）集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.1.1 常用电路元件的伏安特性常用电路元件的伏安特性v开关的V-I特性平安工作区：过压
2、/过流/过热 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v线性电阻的V-I特性平安工作区：过压/过流/过热指标特性：线性性/温度特性 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v电压/流源的V-I特性 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v电压/流源的V-I特性*全部源都有确定的内阻（能量有限）*集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.2.1 半导体材料与半导体材料与PN结结一、半导体v导电实力介于导体和绝缘体之间的物质；v导电实力可变（受温度、掺杂浓度、光照等影响）；v自然界中的半导体
3、材料：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。电子技术发展到今日这样的水平，首先要归功于半导体材料的发觉和半导体器件制造工艺的不断完善。无论是制造单个半导体器件，还是制造大规模集成电路，都须要用半导体材料作为芯片，并且都以PN结作为器件的核心。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础二、半导体分类v本征半导体（不含任何杂质的半导体）原子结构图简化模型价电子 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础共价键、价电子热（本征）激发：电子、空穴对载流子空穴和电子浓度温度特性热力学温度零度和无外界能量激发的条件下：本征半导体=绝缘体复合 集成电子技
4、术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v杂质半导体（掺入杂质的半导体）N型半导体掺5价元素（磷、砷等）多子（施主原子）：电子少（数载流子）子：空穴 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础P型半导体掺3价元素（硼、镓等）多子（受主原子）：空穴少（数载流子）子：电子杂质半导体特性少子浓度取决于本征激发/复合；多子浓度取决于掺杂。导电实力由多子浓度确定。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v载流子的定向运动漂移运动外电场作用下的定向运动；空穴顺电场方向运动，电子逆电场方向运动；扩散运动半导体内部载流子浓度差引起的定向运动；载
5、流子由浓度高的区域向浓度低的区域扩散。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础三、PN结vPN结形成的前提两种不同类型的杂质半导体组合，则在交界面旁边形成空间电荷层，称为PN结。vPN结形成的步骤N区和P区存在着多数载流子的浓度差，产生扩散运动；形成了空间电荷层和内电场；内电场阻碍多子的扩散运动，有利于少子的漂移运动；扩散运动、漂移运动达到动态平衡。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础vPN结的其它名词定义空间电荷层（正负离子）阻挡层（多子）耗尽层（载流子）势垒区（势能）v不对称PN结 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基
6、础电子器件基础vPN结的单向导电性外加正向电压外电场与内电场方向相反；多子扩散运动增加，少子漂移运动可忽视；PN结变窄，内电场下降；正向电流扩散电流；对外呈现低阻；外电流的外控作用强，温控作用弱。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础外加反向电压外电场与内电场方向相同；多子扩散运动大大削减，少子漂移运动占优；PN结变厚，内电场增加；正向电流漂移电流；对外呈现高阻；外电流的温控作用强。PNPN结具单向导电性结具单向导电性结具单向导电性结具单向导电性 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础常温下：T=300K，VT=26mvvPN结的伏安特性
7、正向特性反向特性温度对伏安特性的影响 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.2.2 半导体二极管半导体二极管1.1.2 半导体二极管的伏安特性及其模型半导体二极管的伏安特性及其模型v半导体二极管简称二极管；v由一个PN结加上相应的电极引线和管壳封装而成；v电路符号：v按结构分类：点接触型、面接触型、平面型；v按材料分类：锗二极管、硅二极管。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础死区恒压区*截止区反向击穿区v二极管的伏安特性常温下：T=300K，VT=26mv温度特性 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础截
8、止：二极管反偏或正向偏压小于Von导通：二极管正向偏压大于Vonv二极管的模型 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础应用二极管模型分析v限幅电路限幅：限制输出信号的幅度。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础VAVBDADBVO00导通导通0.703导通截止0.730截止导通0.733导通导通3.7v二极管门电路000010100111 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础正偏：二极导通压降为零反偏：二极管截止电流为零二极管相当志向开关志向二极管模型 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电
9、子器件基础VAVBDADBVO00导通导通003导通截止030截止导通033导通导通3v二极管门电路000010100111 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础R1E二极管二极管DvD+_iDR1ER1ER1Erd 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础稳压管的主要参数稳定电压Vz动态电阻rd最大允许耗散功率PZmax稳定电压的温度系数1.2.3 特种二极管特种二极管1.1.3 稳压二极管的伏安特性及其模型稳压二极管的伏安特性及其模型 稳压二极管 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础由磷砷化镓(GaAsP
10、)、磷化镓(GaP)等半导体做成的PN结正偏工作时，多子大量复合，释放出能量，其中一部分能量会变为光能，使半导体发光；发光二极管的电路符号：光谱范围窄，光的波长与所用材料有关；伏安特性与一般二极管相像，但开启电压可达1.32.4V，反压一般大于3伏；发光亮度与正向电流（毫安级）成正比；具功耗小，易于和IC相匹配，驱动简洁，响应时间快(启亮或熄灭仅需几个ns)、寿命长，耐冲击等优点。发光二极管 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础正常应用：光电二极管工作在反向偏置状态；无光照时只有很小的反向饱和电流Is，称为暗电流；有光照射时，光电二极管受光激发，产生大量电子空穴对
11、，形成较大的光生电流，且随光照强度的增加而增大；特性要求:很好的线性性；同时IS又要较大。光电二极管 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础内部有一个金属结面；显著特点:导通电压（Von）很低，仅为0.3V；导通时存贮的非平衡少数载流子数量很少，关断时间很短，工作频率高。电路符号：肖特基二极管 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.2.4 双极型三极管双极型三极管1.1.4 双极型三极管的伏安特性及其模型双极型三极管的伏安特性及其模型一、双极型三极管的基本结构v简称：晶体管、三极管v内部参与导电有自由电子、空穴两种极性载流子：双极型晶
12、体管（BipolarJunctionTransistorBJT）v分类：材料：硅三极管、锗三极管掺杂：NPN型、PNP型频率：高、低功率：大、中、小v基本结构：集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础 N+NPvNPN型三极管放射区集电区基区放射极（e）集电极（c）基极（b）放射结（Je）集电结（Jc）集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础vPNP型三极管P+PN发射区集电区基区发射极（e）集电极（c）基极（b）发射结（Je）集电结（Jc）集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础N+NPVEEReVCCRc e b
13、 c|+ebcv电流安排 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础发射结正偏集电结反偏v放大的工作条件v四种工作状态JeJc状态反偏反偏截止反偏正偏倒置正偏反偏放大正偏正偏饱和 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础二、三极管的伏安特性曲线通过晶体管特性图示仪干脆显示三极管的伏安特性曲线VCE=0V时VCE增长时v输入特性VCE1V后 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础截止区 饱和区 放大区 输出特性的三个区域v输出特性 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础截止区三极管处于截止状
14、态的条件：外加电压使放射结和集电结均处于反向偏置，即：VBE0,VBC0,IB0,IC0；三极管失去了放大实力。三极管截止状态的推断依据三极管截止状态的电路模型 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础饱和区三极管处于饱和状态的条件：放射结正偏，VBE=0.70.8V；集电结为正偏。三极管饱和状态时的特征三极管的饱和压降三极管临界饱和状态三极管深度饱和状态三极管深度饱和状态时的电路模型 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础放大区（恒流区）三极管处于放大状态的条件：放射结正偏，集电结反偏。三极管放大状态时的特征三极管放大状态的电路模型 集成
15、电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础vPNP型晶体管的伏安特性曲线 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础三、三极管的主要参数v电流放大系数（倍数）直流电流放大系数：交流电流放大系数：集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础四、可控开关（或反相器）I=0V：三极管截止I=3V：三极管饱和 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础1.2.5 场效应管场效应管1.1.5 场效应管的伏安特性及其模型场效应管的伏安特性及其模型一、场效应晶体管简介v简称：场效应管v利用极间电压产生的电场效应来限制电
16、流。v输入阻抗高、热稳定性好、噪声低、抗辐射实力强、体积小、功耗低、制造工艺简洁、易于大规模集成。v分类：v工作电流主要由多数载流子的漂移运动形成。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础二、N沟道增加型绝缘栅型场效应管v基本结构与电路符号2个N+加衬底P，加SiO2，再加铝极。MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)场效应管的栅极与其它电极绝缘。源(Source)、漏(Drain)、栅(Gate)三极。N+N+集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础输出特性（漏极特性）可变电阻区：导电沟道被预夹断之前放大区（恒流区、饱和
17、区）：导电沟道被夹断后截止区：无导电沟道 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础可变电阻区放大区（恒流区、饱和区）截止区转移特性输出特性（漏极特性）IDO是vGS=2VT时的漏极电流IDO 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础制造过程中人为地在SiO绝缘层中掺入了大量的K+(钾)或Na+(钠)正离子；三、N沟道耗尽型绝缘栅型场效应管v伏安特性与电流方程 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v基本结构与符号v伏安特性四、N沟道结型场效应管（JFET）集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器
18、件基础N沟道P沟道 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v直流参数增强型管开启电压VGS(th)（VT）耗尽型管夹断电压VGS(off)（VP）耗尽型管在VGS=0时的饱和区漏极电流IDSS五、场效应管的主要参数v交流参数低频跨导(互导)gm转移特性曲线的斜率交流输出电阻rds 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础六、可控开关GS=9V，MOS管工作于可变电阻区，DS=0V，相当于开关接通。GS=0V，MOS管工作于截止区，DS=12V，相当于开关断开。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础二极管、三极管、
19、场效应管、电阻、电容各种连线v集成电路-同一块硅片制作特殊功能电路v集成电路-器件之间绝缘介质(如SiO2)隔离-模拟集成电路PN结隔离-数字集成电路小规模SSI、中规模MSI、大规模LSI和超大规模VLSI模拟集成电路，数字集成电路v集成电路分类1.2.6 集成电路中的电子器件集成电路中的电子器件 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 电子器件基础电子器件基础v结论：等效复合管的12；等效复合管的管型取决于第一只管子的类型；等效复合管的输入电流可大大减小，T1可采用小功率管；组成复合管时也可由晶体管和场效应管或多个晶体管进行复合。v两只或两只以上的半导体三极管（或场效应管）按确定方式连接成达林顿管（Darlington）。v常见达林顿管组合：一、复合管