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1、第五章 半导体器件半导体基本知识半导体基本知识半导体二极管半导体二极管半导体三极管半导体三极管场效应晶体管场效应晶体管云南大学软件学院云南大学软件学院5.1.1 P型半导体和N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4共共价价键键价价电电子子+5+3自由自由电子电子空穴空穴N型半型半导体：导体：含有较含有较多带负多带负电的自电的自由电子由电子P型半型半导体：导体：含有较含有较多带正多带正电的空电的空穴穴5.1.2 PN 结及其单向导电特性l将将P型半导体和型半导体和N型半导体结合在一起，型半导体结合在一起，在结合处即形成了一个在结合处即形成了一个PN结。结。PN电流持续增加电流持续增加使得使
2、得PN结烧坏结烧坏反向饱反向饱和电流和电流反向击反向击穿电压穿电压死区死区电压电压正向导正向导通电压通电压5.2 半导体二极管l二极管的结构二极管的结构阳阳极极阴阴极极电流方向电流方向l二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线Si 管管Ge 管管例1：已知输入电压波形，画出输出电压波形l解：分析二极管电路时，可以解：分析二极管电路时，可以假设二极管为理想的，即正向假设二极管为理想的，即正向导通电压为导通电压为0.+-+-稳压管l稳压管是一种特殊的二极管，它在反向击穿时不但不会被烧稳压管是一种特殊的二极管，它在反向击穿时不但不会被烧坏，还可以将端电压保持在一个固定的范围之内。坏，还可以将端电压保
3、持在一个固定的范围之内。阳极阳极阴极阴极接电源接电源正极正极接电源接电源负极负极l稳定电压稳定电压l稳定电流稳定电流l最大耗散功率最大耗散功率例3：如图稳压管电路，分别求l解解：（：（1）+-断开稳压管支路，则有断开稳压管支路，则有+-此时稳压管处于反向击穿状态，此时稳压管处于反向击穿状态，即稳压状态，使得即稳压状态，使得 （2）断开稳压管支路，则有断开稳压管支路，则有 此时稳压管处于截止状态，此时稳压管处于截止状态，5.3 半导体三极管（简称 BJT）NPN集电区集电区基区基区发射区发射区集电结集电结基极基极 b发射结发射结集电极集电极 c发射极发射极 eSi 管多为管多为 NPN 型型ce
4、bGe 管多为管多为 PNP 型型PNPbcecebNPNbceBJT 的放大原理和电流关系l在在 BJT 上加一定电压，使得上加一定电压，使得发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏l对于对于 NPN 型型 BJT，即，即bcel如上图，选择电阻如上图，选择电阻 、的值使得的值使得 则各电流的关系为则各电流的关系为 各电流变化量的关系为各电流变化量的关系为 通常通常，因此二者均用，因此二者均用来表示，称为来表示，称为 BJT 的电流放大系数的电流放大系数的值在几十到几百之间的值在几十到几百之间BJT 的特性曲线l常用的常用的 BJT 特性曲线有输入曲线和特性曲线有输入曲线和输出曲线。输出
5、曲线。+-+-l将将 BJT 接成如右的电路。接成如右的电路。输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线饱饱和和区区截止区截止区过过损损耗耗区区放放大大区区UCE=0UCE=1 均用均用 来表示。来表示。BJT 的主要参数l直流电流放大系数直流电流放大系数l交流电流放大系数交流电流放大系数l通常通常 因此二者可以混用，因此二者可以混用，l直流电流放大系数直流电流放大系数l交流电流放大系数交流电流放大系数l同样同样 ，二者均用二者均用 来表示。来表示。l 与与 的关系：的关系：5.3 场效应晶体管（简称 FET）l结型场效应管（结型场效应管（JFET）N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 J
6、FETl绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFET）目前常用的目前常用的 IGFET 是以二氧化硅为绝缘层的金属是以二氧化硅为绝缘层的金属氧化物氧化物半导体半导体型场效应管，简称型场效应管，简称 MOS 管。管。lMOS 管管N 沟道沟道 增强型增强型 MOS（增强型（增强型 NMOS）P 沟道沟道 增强型增强型 MOS（增强型（增强型 PMOS）N 沟道沟道 耗尽型耗尽型 MOS（耗尽型（耗尽型 NMOS）P 沟道沟道 耗尽型耗尽型 MOS（耗尽型（耗尽型 PMOS）FET 的输出特性（以 N 沟道 JFET 为例）+-+-GSDBCENPN 型型 BJTN N 沟道沟道沟道沟道 JFET
7、JFET饱饱和和区区截止区截止区过过损损耗耗区区放放大大区区可可变变电电阻阻区区截止区截止区击击穿穿区区恒恒流流区区FET 的输出特性（以 N 沟道 MOS 为例）+-GSD耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型 NMOS NMOS+-+-GSD增强型增强型增强型增强型 NMOS NMOSBBFET 与 BJT 的比较lBJT 是输入电流控制输出电流是输入电流控制输出电流lFET 是输入电压控制输出电流是输入电压控制输出电流l与与 BJT 相比，相比，FET 具有以下优点：具有以下优点：功耗较小功耗较小噪声系数较小噪声系数较小制作工艺简单，芯片面积小制作工艺简单，芯片面积小lFET 的这些优点，使得它在大规模集成电路中取代了的这些优点，使得它在大规模集成电路中取代了 BJT。习题五47（b）（）（e）13（2）（）（3）