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1、第1讲 半导体器件北京大学信息科学技术学院授课教师：鲁文高 1北京大学-模拟电路第1讲-2本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析北京大学-模拟电路第1讲-3PN结N型半导体掺杂施主杂质，提供自由电子例：Si中掺V族元素P型半导体掺杂施主杂质，提供自由空穴例：Si中掺III族元素北京大学-模拟电路第1讲-4PN结的内建势垒电压内建势垒电压：其中k为波尔兹曼常数T为绝对温度Na、Nd分别是受主、施主掺杂浓度ni是半导体载流子浓度硅PN结：掺杂浓度变化时 变化
2、不大北京大学-模拟电路第1讲-5GaAs PN结、Ge PN结GaAs PN结：Ge PN结：北京大学-模拟电路第1讲-6本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析北京大学-模拟电路第1讲-7PN结反向偏置（1）反向偏置电压从VR增大到VR+VR 使得空间电荷区变宽，改变电荷量称为结电容或耗尽层电容北京大学-模拟电路第1讲-8PN结反向偏置（2）结电容随PN结偏压变化而变化变容二极管用于VCO北京大学-模拟电路第1讲-9PN结正向偏置北京大学-模拟电路第1讲
3、-10PN结的理想IV特性VD=0.7VD=-0.7北京大学-模拟电路第1讲-11PN结的理想IV特性曲线右图：局部放大注意：VD-0.1V时，实际反向电流远比IS大北京大学-模拟电路第1讲-12PN结的理想IV特性曲线（对数）VD变化60mV，ID变化一个数量级北京大学-模拟电路第1讲-13Pn结反向击穿北京大学-模拟电路第1讲-14击穿电压雪崩击穿机理：碰撞电离表现：掺杂浓度越高，击穿电压越低齐纳击穿机理：两边均高掺杂，耗尽层窄，隧穿表现：击穿电压3-8V北京大学-模拟电路第1讲-15PN结的温度效应Vbi温度系数约-2mV/K温度每增加5K，IS约增加1倍Ge二极管反向电流本来就大并随温
4、度继续增大很难应用北京大学-模拟电路第1讲-16Pn结正向到反向切换结电容阻止结电压瞬态跳变北京大学-模拟电路第1讲-17二极管电路分析（图解法）北京大学-模拟电路第1讲-18二极管电路：交流等效分析北京大学-模拟电路第1讲-19等效电路：直流、交流北京大学-模拟电路第1讲-20本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析北京大学-模拟电路第1讲-21其它类型二极管太阳能电池光电二极管发光二极管肖特基二极管齐纳二极管PIN二极管北京大学-模拟电路第1讲-22太
5、阳能电池光产生电流多个Cell串并联北京大学-模拟电路第1讲-23光电二极管反偏时光电流与光强成正比光电流可见光、红外、紫外成像北京大学-模拟电路第1讲-24发光二极管机理：电流光用途：照明、显示、通信其它类型：OLED、激光二极管北京大学-模拟电路第1讲-25肖特基二极管机理：金属与适当掺杂N型半导体连接没有少子存储，开关速度快反向饱和电流大北京大学-模拟电路第1讲-26金属-半导体接触肖特基接触适当掺杂的N型半导体欧姆接触高掺杂半导体北京大学-模拟电路第1讲-27雪崩二极管机理：雪崩效应用途：参考源钳位保护粒子探测北京大学-模拟电路第1讲-28齐纳二极管机理：隧穿北京大学-模拟电路第1讲-
6、29PIN二极管用途：RF开关：正偏等效小电阻；负偏等效电容+大电阻光电二极管：X光等高能射线检测（安检）RF保护北京大学-模拟电路第1讲-30本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析北京大学-模拟电路第1讲-31场效应晶体管（FET）MOSFETNMOS：增强型、耗尽型PMOS：增强型、耗尽型结型FETJFET：pn结MESFET：肖特基势垒结北京大学-模拟电路第1讲-32MOSFET结构四端器件：D、S、G、B漏：Drain源：Source栅：Gate
7、衬（体）：Substrate（Body）北京大学-模拟电路第1讲-33MOSFET工作原理NMOS：源、漏：N+掺杂衬底：P-掺杂栅：多晶硅沟道反型时S-D之间导通北京大学-模拟电路第1讲-34IDS与阈值电压VTHID=IDSVGSVTH，沟道反型增强型NMOS的阈值电压大于0V北京大学-模拟电路第1讲-35本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析北京大学-模拟电路第1讲-36MOSFET导通：线性vs饱和粉色：沟道区VGS不变VDS增大a：深线性区b：线性区c：线性转饱和d：饱和区北京大学-模拟电路第1讲-37NMOS线性区、饱和区的条件北京大学-模拟电路第1讲-38NMOS理想I-V特性非饱和区饱和区北京大学-模拟电路第1讲-39耗尽型NMOSVGS=0，沟道反型耗尽型NMOS的阈值电压小于0V北京大学-模拟电路第1讲-40增强型PMOSNMOS：VSVD；PMOS：VSVDVGS-VTHP VCE(sat)北京大学-模拟电路第1讲-62直流分析方法（2）正向放大：VCE VCE(sat)饱和区：VCE 较小北京大学-模拟电路第1讲-63直流分析方法（3）例：VBE 为0.7V，为200，求IC、IE饱和区ICIB