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1、 第一章 半导体器件根底(gnd)1.1 1.1 半半导导体体的的根根本本(gnbn)(gnbn)知识知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 BJT1.4 BJT模型模型(mxng)(mxng)1.5 1.5 场效应管场效应管第一页，共58页。1.1 1.1 半导体的根本半导体的根本(gnbn)(gnbn)知识知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分(hu fn)导体、绝缘体和半导体。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅 和和 锗锗 最最 外外 层层(wi cn)轨轨道道上上的的四四个个电电
2、子称为价电子。子称为价电子。第二页，共58页。本征半导体的共价键结构(jigu)束缚电子束缚电子在绝对温度在绝对温度T=0K时，所时，所有有(suyu)的价电子都被共价的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体的导电能力很弱，接近绝缘体。体。一.本征半导体 本征半导体化学成分纯洁的半导体晶体(jngt)。制造半导体器件的半导体材料的纯度要到达99.9999999%，常称为“九个9。第三页，共58页。这一现象(xinxing)称为本征激发，也称热激发。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的
3、照照射射时时，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，成成为为(chngwi)自自由由电子。电子。自由电子自由电子(z yu din z)+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的同自由电子产生的同时，在其原来的共价键时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，中就出现了一个空位，称为称为空穴空穴。第四页，共58页。可见(kjin)本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高温度越高，产生的电子空穴对越多。与本征激发与本征激发(jf)相相反的现象反的现象复合复合在一定在一定(ydng)温度下，温度下，本征激发和
4、复合同时进本征激发和复合同时进行，到达动态平衡。电行，到达动态平衡。电子空穴对的浓度一定子空穴对的浓度一定(ydng)。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：锗：锗：自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对第五页，共58页。自由电子自由电子(z yu din z)(z yu din z)带负电荷带负电荷 电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E总电流总电流(dinli)(dinli)载流子载流子空穴空穴(kn xu)(kn xu)带正电荷带正电荷 空穴空穴(kn xu)(kn xu)流流本征半导体的导电
5、性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制第六页，共58页。二二.杂质杂质(zzh)(zzh)半导体半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素(yun s)后的半导体称为杂质半导体。1.1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质(zzh)元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。第七页，共58页。N型半导体型半导体多余多余(duy)电子电子磷原子磷原子(yunz)硅原子硅原子(yunz)多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子
6、自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对第八页，共58页。在本征半导体中掺入三价杂质在本征半导体中掺入三价杂质(zzh)元素，如硼、镓等。元素，如硼、镓等。空穴空穴(kn xu)硼原硼原子子(yunz)硅原子硅原子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2.P型半导体型半导体第九页，共58页。杂质杂质(zzh)半导体的示意图半导体的示意图+N型半导体多子多子(du z)电子电子少子少子(sho z)空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度
7、无关第十页，共58页。内电场E因多子因多子(du(du z)z)浓度差浓度差形成形成(xngchng)(xngchng)内电内电场场多子多子(du z)(du z)的扩散的扩散空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三.PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1.PN结的形成结的形成 第十一页，共58页。动画演示(ynsh)少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层
8、宽，E内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡：扩散电流扩散电流(dinli)漂移电流漂移电流(dinli)总电流总电流(dinli)0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V第十二页，共58页。2.PN结的单向结的单向(dn xin)导电性导电性(1)加正向电压加正向电压(diny)正偏正偏电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场外电场(din chng)(din chng)的方向与内电场的方向与内电场(din(din chng)chng)方向相反。方向相反。外电场外电场(din chng)(din chng)削弱内电场削弱内电
9、场(din chng)(din chng)耗尽层变窄耗尽层变窄扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F正向电流正向电流 第十三页，共58页。(2)加反向加反向(fn xin)电压电压电源正极接电源正极接N区，负区，负极接极接P区区 外电场外电场(din chng)(din chng)的方向与内电场的方向与内电场(din chng)(din chng)方方向相同。向相同。外电场外电场(din chng)(din chng)加强内电场加强内电场(din chng)(din chng)耗尽层变宽耗尽层变宽漂移运动漂移运动(yndng)扩散扩散运动运动(y
10、ndng)少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RPN 在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR根本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。第十四页，共58页。PN PN结加正向电压时，具有较大的正结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现向扩散电流，呈现(chngxin)(chngxin)低电阻，低电阻，PNPN结导通；结导通；PN PN结加反向电压时，具有很小的反结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现向漂移电流，呈现(chngxin)(chngxin)高电阻，高电阻，PNPN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：P
11、NPN结具有单向导结具有单向导电性。电性。第十五页，共58页。3.PN结的伏安结的伏安(f n)特性曲线及表达式特性曲线及表达式 根据理论推导，PN结的伏安(f n)特性曲线如图正偏正偏IF多子多子(du z)扩散扩散IR少子漂移少子漂移反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆第十六页，共58页。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管=PN结结+管壳管壳+引线引线(ynxin)NP结构结构(jigu)符号符号(fho)阳极阳极+阴极阴极-第十七页，共58页。二极管按结构二极管按结构(jigu)分三大
12、分三大类：类：(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波(jinb)和变频等高频电路。第十八页，共58页。(3)平面平面(pngmin)型二极管型二极管 用于集成电路制造工艺中。PN 结面积(min j)可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触面接触(jich)型二极管型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。第十九页，共58页。半导体二极管的型号半导体二极管的型号(xngho)国家标准对半导体器件型号的命名举例国家标准对半导体器件型号的命名举例(j l)如下：如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器
13、件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。第二十页，共58页。一、半导体二极管的VA特性(txng)曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗：0.1 V(1)正向正向(zhn xin)特性特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2)反向反向(fn xin)特性特性死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：
14、0.3V第二十一页，共58页。二二.二极管的模型及近似二极管的模型及近似(jn s)分分析计算析计算例：例：IR10VE1kD非线性器件非线性器件iuRLC线性器件线性器件第二十二页，共58页。二极管的模型二极管的模型(mxng)DU串联串联(chunlin)电电压源模型压源模型U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想理想(lxing)二极管模型二极管模型正偏正偏反偏反偏导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性第二十三页，共58页。二极管的近似分析二极管的近似分析(fnx)计计算算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压串联电压(d
15、iny)源模型源模型测量测量(cling)值值 9.32mA相对误差相对误差理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1k相对误差相对误差0.7V第二十四页，共58页。例例：二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如以以下下图图，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。(1)假假设设 ui为为4V的的直直流流信信号号，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型、理理想想二极管串联二极管串联(chunlin)电压源模型计算电流电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo解解：1采采用用理理想想模模型型(mxng)分析。分析。采用理想二极管串联采用理想二极管串联(chunlin)电压
16、源模型分析。电压源模型分析。第二十五页，共58页。2如如果果(rgu)ui为为幅幅度度4V的的交交流流三三角角波波，波波形形如如图图b所所示示，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型和和理理想想二二极极管管串串联联电电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：采用理想采用理想(lxing)二极管二极管模型分析。波形如以下图。模型分析。波形如以下图。0-4V4Vuit2V2Vuot第二十六页，共58页。02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采采用用理理想想二二极极管管串串联联电电压压源源模模型型(mxng)分分析析，波波形形如以下图。
17、如以下图。第二十七页，共58页。三三.二极管的主要参数二极管的主要参数(1)最大整流(zhngli)电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许作时，允许(ynx)通过二通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2)反向击穿反向击穿(j chun)电电压压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。(3)反向电流反向电流I IRR 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗
18、二极管级；锗二极管在微安在微安(A)级。级。第二十八页，共58页。当稳压二极管工作在反当稳压二极管工作在反向击穿状态向击穿状态(zhungti)下下,工作电工作电流流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两端电其两端电压近似为常数压近似为常数稳定稳定(wndng)电电压压四、稳压四、稳压(wn y)二极管二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻第二十九页，共58页。稳压(wn y)二极管的主要 参数(1)稳定(wndng)电压UZ(2)动态动态(d
19、ngti)电阻电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=U/I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。(3)(3)最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，假设IZIZmin那么不能稳压。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。第三十页，共58页。1.3 半导体三极管 半半导导体体三三极极管管，也也叫叫晶晶体体三三极极管管。由由于于工工作作时时，多多数数载载流流子子和
20、和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，因因此此，还还被被称称为为(chn wi)双双极极型型晶晶体体管管Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。2/9/2023第三十一页，共58页。一一.BJT.BJT的结构的结构(jigu)(jigu)NPN型PNP型符号符号(fho):三极管的结构特点三极管的结构特点:1发射区的掺杂浓度发射区的掺杂浓度(nngd)集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度(nngd)。2基区要制造得很薄且浓度基区要制造得很薄且浓度(nngd)很低。很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极
21、集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极第三十二页，共58页。二二 BJT的内部的内部(nib)工作原理工作原理NPN管管 三极管在工作时要加上三极管在工作时要加上适当适当(shdng)的直流偏的直流偏置电压。置电压。假设在放大假设在放大(fngd)工工作状态：作状态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、VBB保证保证UCB=UCE-UBE 0共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区2/9/2023第三十三页，共58页。1因为发射结正偏，所因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子以发射区向基区注入电
22、子，形成了扩散电流形成了扩散电流IEN。同时。同时从基区向发射区也有空穴的从基区向发射区也有空穴的扩散运动扩散运动(yndng)，形成的，形成的电流为电流为IEP。但其数量小，可。但其数量小，可忽略。忽略。所以发射极电流所以发射极电流I E I EN。2发射区的电子发射区的电子注入基区后，变成了注入基区后，变成了少数载流子。少局部少数载流子。少局部遇到的空穴复合掉，遇到的空穴复合掉，形成形成IBN。所以基极电。所以基极电流流(dinli)I B I BN。大局部到达了集。大局部到达了集电区的边缘。电区的边缘。1BJT内部的载流子传输内部的载流子传输(chun sh)过过程程第三十四页，共58页
23、。3因为集电结反偏，因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的收集扩散到集电区边缘的电子，形成电子，形成(xngchng)电流电流ICN。另外，集电结区的少子另外，集电结区的少子(sho z)形成漂移电流形成漂移电流ICBO。第三十五页，共58页。2电流电流(dinli)分配关系分配关系三个电极三个电极(dinj)上的上的电流关系电流关系:IE=IC+IB定义定义(dngy)：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。2/9/2023第三十六页，共58页。(2)IC与与I B之间的关系之间的关系(gun x)：联立以下联立以
24、下(yxi)(yxi)两式：两式：得：得：所以所以：得：得：令令：第三十七页，共58页。三三.BJT.BJT的特性的特性(txng)(txng)曲线共发射极接法曲线共发射极接法(1)(1)输入特性输入特性(txng)(txng)曲线曲线 iB=f(uBE)iB=f(uBE)uCE=const uCE=const1uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个(lin)PN结结并联。并联。3uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。2当当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在在同一同一
25、uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V第三十八页，共58页。(2)输出特性曲线(qxin)iC=f(uCE)iB=const 现以现以iB=60uA一条加以一条加以(jiy)说明。说明。1当当uCE=0 V时，因集电极无收集时，因集电极无收集(shuj)作用，作用，iC=0。2 uCE Ic 。3 当当uCE 1V后后，收收集集电电子子的的能能力力足足够够强强。这这时时，发发射射到到基基区区的的电电子子都都被被集集电电极极收收集集，形形成成iC。所
26、所以以uCE再再增加，增加，iC根本保持不变。根本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。第三十九页，共58页。输出特性曲线可以分为输出特性曲线可以分为(fn wi)三个三个区域区域:饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域显著控制的区域(qy)，该区域，该区域(qy)内内uCE0.7 V。此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止截止(jizh)区区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线根本平行曲线根本平行等等 距。距。此时，发
27、此时，发 射结正偏，集射结正偏，集电电 结反偏。结反偏。该区中有：该区中有：饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区第四十页，共58页。四四.BJTBJT的主要参数的主要参数1.电流电流(dinli)放放大系数大系数2 2共基极电流共基极电流(dinli)(dinli)放大系放大系数：数：iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般一般(ybn)取取20200之间之间2.31.51 1共发射极电流放大系数：共发射极电流放大系数：第四十一页，共58页。2.极间反向极间反向(fn xin)电流电流 2集电极发射极间的穿透集电极发射
28、极间的穿透电流电流ICEO 基极开路时，集电极到发基极开路时，集电极到发射极间的电流射极间的电流穿透电流穿透电流。其大小与温度其大小与温度(wnd)有关。有关。1集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个(y)PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：I CBO为微安数量级，硅管：I CBO为纳安数量级。+ICBOecbICEO第四十二页，共58页。3.极限(jxin)参数 Ic增加时，增加时，要下降要下降(xijing)。当当 值下降值下降(xijing)到线性放大区到线性放大区 值的值的70时，所对应的集电极电流称时，所对应的集电
29、极电流称为集电极最大允许电流为集电极最大允许电流ICM。1集电极最大允许集电极最大允许(ynx)电流电流ICM2集电极最大允许集电极最大允许功率损耗功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗，PC=ICUCE PCM PCM第四十三页，共58页。3反向击穿(j chun)电压 BJT有两个有两个(lin)PN结，其反向击穿电压结，其反向击穿电压有以下几种：有以下几种：UBREBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压(diny)。其值一般几伏十几伏。UBRCBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压(diny)。其值一般为几十伏几
30、百伏。UBRCEO基基极极开开路路时时，集集电电极极与与发发射射极极之之间间允允许的最大反向电压。许的最大反向电压。在实际使用时，还有在实际使用时，还有UBRCER、UBRCES等击穿电压。等击穿电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU第四十四页，共58页。半导体三极管的型号(xngho)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低频低频(dpn)小功率管、小功率管、D低频低频(dpn)大功率管、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
31、字母表示器件的种类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三极管三极管国家标准国家标准(u ji bio zhn)对半导体器件型号的命名举例如下：对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B2/9/2023第四十五页，共58页。1.5 场效应管 BJT是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iB iC)，工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，所所以以被被称称为为(chn wi)双双极极型器件。型器件。增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟
32、道沟道N沟道沟道P沟道沟道FET分类：分类：绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管 场场效效应应管管Field Effect Transistor简简称称FET是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGS iD)，工工作作时时，只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电，因此它是单极型器件。电，因此它是单极型器件。FET因因其其制制造造工工艺艺(gngy)简简单单，功功耗耗小小，温温度度特特性性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。第四十六页，共58页。一.绝缘(juyun)栅场效应三极管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Metal O
33、xide Semiconductor FET)，简称，简称(jinchng)MOSFET。分为：。分为：增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.N沟道沟道(u do)增强型增强型MOS管管 1结构结构 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极，栅极G和和 衬底衬底B。符号：符号：第四十七页，共58页。当uGS0V时纵向电场将靠近栅极下方的空穴(kn xu)向下排斥耗尽层。2 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理 当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在d、s之间加上电压也不会(b hu)形成电流，即管子截止。再增加uGS
34、纵向电场将P区少子电子聚集到P区外表形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用第四十八页，共58页。定义：开启电压(diny)UT刚刚产生沟道所需的栅源电压(diny)UGS。N沟道(u do)增强型MOS管的根本特性：uGS UT，管子截止，uGS UT，管子导通。uGS 越大，沟道(u do)越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。第四十九页，共58页。漏源电压漏源电压uDS对漏极对漏极电流电流id的控制的控制(kngzh)作用作用 当uGSUT，且固定为某一值时，来分析(fnx)漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。
35、设UT=2V，uGS=4V auds=0时，时，id=0。buds id；同时同时(tngsh)沟道靠漏沟道靠漏区变窄。区变窄。c当当uds增加到使增加到使ugd=UT时，时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。沟道靠漏区夹断，称为预夹断。duds再增加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长，uds增加的局部根本降增加的局部根本降落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上，id根本不变。根本不变。第五十页，共58页。3 3特性特性(txng)(txng)曲线曲线 四个区：a可变电阻区预夹断(ji dun)前。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)：iD=f(uDS)uGS=constb恒流区也称饱
36、和恒流区也称饱和 区预夹断区预夹断 后。后。c夹断区截止区。夹断区截止区。d击穿区。击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区第五十一页，共58页。转移特性(txng)曲线：iD=f(uGS)uDS=const 可根据(gnj)输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：UT第五十二页，共58页。一个(y)重要参数跨导gm：gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS)gm的大小的大小(dxio)反映了栅源电压对漏极电流的控反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。制作用。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。
37、在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。第五十三页，共58页。2.N沟道沟道(u do)耗尽耗尽型型MOSFET特点特点(tdin)：当当uGS=0时，就有沟时，就有沟道，参加道，参加uDS，就有，就有iD。当当uGS0时，沟道时，沟道增宽，增宽，iD进一步增加。进一步增加。当当uGS0时，沟道时，沟道变窄，变窄，iD减小。减小。在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经(y jing)感应出反型层，形成了沟道。定义：定义：夹断电压夹断电压 UP沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。第五十四页，共58页。N沟道耗尽型沟
38、道耗尽型MOSFET的特性的特性(txng)曲线曲线输出特性曲线输出特性曲线(qxin)转移特性转移特性(txng)曲线曲线1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i=-1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)=-2VUPGSuUP第五十五页，共58页。3、P沟道沟道(u do)耗尽耗尽型型MOSFET P沟道(u do)MOSFET的工作原理与N沟道(u do)MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。第五十六页，共58页。4.MOS4.MOS管的主要参数管的主要参数1
39、1开启电压开启电压(diny)UT(diny)UT2 2夹断电压夹断电压(diny)UP(diny)UP3 3跨导跨导gm gm：gm=gm=iD/iD/uGSuGS uDS=const uDS=const 4 4直流输入电阻直流输入电阻RGS RGS 栅源间的等效栅源间的等效电阻。由于电阻。由于MOSMOS管栅源间有管栅源间有sio2sio2绝缘层，绝缘层，输入电阻可达输入电阻可达10910910151015。第五十七页，共58页。本章本章(bn zhn)小结小结1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在在纯洁半导
40、体中掺入不同的杂质，可以得到纯洁半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。2采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，使使P型型和和N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，就就形形成成了了PN结结。PN结的根本特点是单向导电性。结的根本特点是单向导电性。3二二极极管管是是由由一一个个PN结结构构成成的的。其其特特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和和一一系系列列参参数数来来描描述述。在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。4BJT是是由由两两个个PN结结构构成成的的。工工作作时时，有有两两种
41、种载载流流子子参参与与导导电电，称称为为双双极极性性晶晶体体管管。BJT是是一一种种(y zhn)电电流流控控制制电电流流型型的的器器件件，改改变变基基极极电电流流就就可可以以控控制制集集电电极极电电流流。BJT的的特特性性可可用用输输入入特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描描述述。其其性性能可以用一系列参数来表征。能可以用一系列参数来表征。BJT有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。6FET分分为为JFET和和MOSFET两两种种。工工作作时时只只有有一一种种(y zhn)载载流流子子参参与与导导电电，因因此此称称为为单单极极性性晶晶体体管管。FET是是一一种种(y zhn)电电压压控控制制电电流流型型器器件件。改改变变其其栅栅源源电电压压就就可可以以改改变变其其漏漏极极电电流流。FET的的特特性性可可用用转转移移特特性性曲曲线线和和输输出出特特性曲线来描述。其性能可以用一系列参数来表征。性曲线来描述。其性能可以用一系列参数来表征。第五十八页，共58页。