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1、一、一、一、一、PNPN结结结结（PN PN junctionjunction）1.1 半导体二极管半导体二极管下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页由于由于由于由于 P P 区区区区和和和和 N N 区载流子存在浓度差区载流子存在浓度差区载流子存在浓度差区载流子存在浓度差N N区的自由电子向区的自由电子向区的自由电子向区的自由电子向P P区扩散，区扩散，区扩散，区扩散，在交界面附近的在交界面附近的在交界面附近的在交界面附近的N N区留下正离子，区留下正离子，区留下正离子，区留下正离子，-+-扩散扩散扩散扩散P PN N结构示意图如图所示，结构示意图如图所示，结构示
2、意图如图所示，结构示意图如图所示，孔孔孔孔穴穴穴穴自自自自由由由由电电电电子子子子P P 区的空穴向区的空穴向区的空穴向区的空穴向N N区扩散，在交界面附近的区扩散，在交界面附近的区扩散，在交界面附近的区扩散，在交界面附近的P P区留下负离子区留下负离子区留下负离子区留下负离子-+-空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区P PN N内电场内电场内电场内电场U UD D扩散扩散扩散扩散diffusiodiffusion n漂移漂移漂移漂移driftdrift下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页内电场阻碍多数载流子的内电场阻碍多数载流子的内电场阻碍多数载流子的内电场
3、阻碍多数载流子的扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动但推动少数载流子做但推动少数载流子做但推动少数载流子做但推动少数载流子做漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动最终最终最终最终扩散运动扩散运动扩散运动扩散运动和和和和漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动达到动态平衡，达到动态平衡，达到动态平衡，达到动态平衡，PNPN结稳定结稳定结稳定结稳定交界面两侧形成了一个空间电荷区，即交界面两侧形成了一个空间电荷区，即交界面两侧形成了一个空间电荷区，即交界面两侧形成了一个空间电荷区，即PNPN结结结结正负空间电荷在交界面两侧形成一个正负空间电荷在交界面两侧形成一个正负空间电荷在交界面两侧形成一个正负空间电荷在交界面两侧
4、形成一个内电场内电场内电场内电场，二、二、二、二、PNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性1.加正向电压加正向电压加正向电压加正向电压（简称正偏）（简称正偏）（简称正偏）（简称正偏）forward biasforward biasPNPN结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通结处于正向导通(onon)状态，正向等效电阻较状态，正向等效电阻较状态，正向等效电阻较状态，正向等效电阻较小。小。小。小。下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页反向电流非常小，反向电流非常小，反向电流非常小，反向电流非常小，PNPN结处于截止结处于截止结处于截止结处于
5、截止(cut-offcut-off)状状状状态。态。态。态。2.2.加反向电压加反向电压加反向电压加反向电压动画演示动画演示动画演示动画演示三、三、三、三、二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性阳极从阳极从阳极从阳极从P P区引出，阴极从区引出，阴极从区引出，阴极从区引出，阴极从N N区引出区引出区引出区引出对应对应对应对应N N区区区区对应对应对应对应P P区区区区 二极管符号二极管符号二极管符号二极管符号阳极阳极阳极阳极anodeanode阴极阴极阴极阴极cathodecathode下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页正向特性正向特性
6、正向特性正向特性死区死区死区死区电压电压电压电压Is IsU UBRBR二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性303020201010I/I/mAmAU/VU/V0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5 20 1020 102 24 4-I/-I/O反向特性反向特性反向特性反向特性+-U UI I下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页反向击反向击反向击反向击穿电压穿电压穿电压穿电压反向饱反向饱反向饱反向饱和电流和电流和电流和电流二极管的应用二极管的应用二极管的应用二极管的应用-整流整流整流整流U Ui i=U Ummsinsin t
7、t画出画出画出画出u uo o和和和和u uD D的波形的波形的波形的波形VDVDR R+-+-u ui iu uo o+-u uD Di io oU Umm t tu uo o0 0 t tu uD D0 0u ui i 0 0 时二极管导通时二极管导通时二极管导通时二极管导通u uo o=u ui i u uD D =0 0u ui i 0 0 时二极管截止时二极管截止时二极管截止时二极管截止u uD D =u ui i u uo o=0 0-U Ummi io oU Umm t tu ui i0 0下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页1.2 N N沟道增强型
8、沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管1.1.结构结构结构结构P P型衬底型衬底型衬底型衬底N N+N N+B BS SGGD DSiOSiO2 2铝铝铝铝N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效场效场效场效应管的结构示意图应管的结构示意图应管的结构示意图应管的结构示意图P P衬底杂质浓度较低衬底杂质浓度较低衬底杂质浓度较低衬底杂质浓度较低引出电极用引出电极用引出电极用引出电极用B B表示表示表示表示N+N+两个区杂质浓度很高两个区杂质浓度很高两个区杂质浓度很高两个区杂质浓度很高分别引出源极和漏极分别引出源极和漏极分别引出源极和漏极分别
9、引出源极和漏极栅极与其它电极是绝缘的栅极与其它电极是绝缘的栅极与其它电极是绝缘的栅极与其它电极是绝缘的通常衬底与源极通常衬底与源极通常衬底与源极通常衬底与源极在管子内部连接在管子内部连接在管子内部连接在管子内部连接S SGGD DB B下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理当当当当U UGS GS 增大到一定值增大到一定值增大到一定值增大到一定值U UT T时，时，时，时，形成一个形成一个形成一个形成一个N N型导电沟道型导电沟道型导电沟道型导电沟道P P型衬底型衬底型衬底型衬底N N+S SGGD DB BN N+N N型沟
10、道型沟道型沟道型沟道U UT T：开启电压开启电压开启电压开启电压U UGS GS U UT T时时时时形成导电沟道形成导电沟道形成导电沟道形成导电沟道V VGGGG导电沟道的形成导电沟道的形成导电沟道的形成导电沟道的形成假设假设假设假设U UDS DS=0=0，同时同时同时同时U UGSGS 0 0 靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层又称之为反型层又称之为反型层又称之为反型层又称之为反型层导电沟道随导电沟道随导电沟道随导电沟道随U UGS GS 增大而增宽增大而增宽增大而增宽增大而增宽下下下下一页一页一页一页返返返
11、返 回回回回上一页上一页上一页上一页U UDSDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响对导电沟道的影响对导电沟道的影响图中满足且图中满足且图中满足且图中满足且U UDS DS U UT T产生电流产生电流产生电流产生电流I ID D且随且随且随且随U UDSDS变化变化变化变化P P型衬底型衬底型衬底型衬底N N+N N+S SGGD DB BV VGGGGN N型沟道型沟道型沟道型沟道V VDDDDU UDSDS对导电沟道的对导电沟道的对导电沟道的对导电沟道的影响影响影响影响I ID D从而使导电沟道发生变化从而使导电沟道发生变化从而使导电沟道发生变化从而使导电沟道发生变化U UDSDS 增大到增大到增大到增大到U UDSDS=U UGSGS -U UT T时时时时沟道被预夹断，沟道被预夹断，沟道被预夹断，沟道被预夹断，I ID D 饱和饱和饱和饱和下下下下一页一页一页一页返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页动画演示动画演示动画演示动画演示