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1、第6章 半导体器件第1页，本讲稿共70页5/20/20231基本要求基本要求基本要求基本要求oo了解半导体二极管、稳压二极管、双极晶体管和了解半导体二极管、稳压二极管、双极晶体管和了解半导体二极管、稳压二极管、双极晶体管和了解半导体二极管、稳压二极管、双极晶体管和MOSMOS场场场场效晶体管的工作原理和主要参数。效晶体管的工作原理和主要参数。效晶体管的工作原理和主要参数。效晶体管的工作原理和主要参数。第2页，本讲稿共70页5/20/20232第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体：半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物
2、质。导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。半导体特性：半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性。热敏特性、光敏特性、掺杂特性。(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化(可做成可做成 各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管等各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力 明显改变明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，可做成各
3、种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。如二极管、三极管和晶闸管等）。第3页，本讲稿共70页5/20/20233第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.1 半导体的导电机理半导体的导电机理1.1.本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体。定义：纯净的具有晶体结构的半导体。特点：特点：1）含有两种载流子）含有两种载流子带负电的电子、带正电的带负电的电子、带正电的空穴；空穴；2）载流子的数量少且成对出现；）载流子的数量少且成对出现；3）载流子的数量）载流子的数量受温度影响较大，温度高数量就多。受温度影响较大，温度高数量就
4、多。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子第4页，本讲稿共70页5/20/20234第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.1 半导体的导电机理半导体的导电机理2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 Si Si Si Si空穴空穴自由电子自由电子 价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电子子（带负电），同时共价键中
5、留（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为下一个空位，称为空穴空穴（带正（带正电）。电）。这一现象称为这一现象称为热激发。热激发。温度愈高，晶体中产生的温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子便愈多。第5页，本讲稿共70页5/20/20235 在外电场的作用下，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相出现一个空穴，其结果相当于当于空穴的运动空穴的运动（相当（相当于正电荷的移动）。于正电荷的移动）。Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴自由电子自由电子第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半
6、导体器件半导体器件6.1.1 半导体的导电机理半导体的导电机理第6页，本讲稿共70页5/20/20236第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.1 6.1.1 半导体的导电机理半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流分电流：(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流 自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的地产生的同时，
7、又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。的数目。注：注：(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也半导体的导电性能也就愈好。就愈好。所以温度对半导体器件性能影响很大。所以温度对半导体器件性能影响很大。第7页，本讲稿共70页5/20/20237 Si Si Si Si第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.2 6.1.2 杂质半导体杂质半导体
8、 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质形成杂质半导体。半导体。p+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素在在N 型半导体中，型半导体中，自由电自由电子是多数载流子，空穴是子是多数载流子，空穴是少数载流子。少数载流子。第8页，本讲稿共70页5/2
9、0/20238第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.2 杂质半导体杂质半导体 Si Si Si SiB硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或称为空穴半导体或 P型半型半导体。导体。掺入三价元素掺入三价元素 在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。自由电子是少数载流子。无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，型
10、半导体都是中性的，对外不显电性。对外不显电性。第9页，本讲稿共70页5/20/20239flash1第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.3 PN结形成结形成结形成结形成多子的浓度差多子的浓度差多子的扩散多子的扩散空间电荷区空间电荷区少子的漂移少子的漂移扩散扩散=飘移飘移形成稳定的形成稳定的PN结结注：注：PN结的结电容很结的结电容很小小第10页，本讲稿共70页5/20/202310第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.4 PN结的特性结的特性1）PN结外加正向电压结外加正向电压1.PN1.PN结的单向导电性结的单向导电性结的
11、单向导电性结的单向导电性PN结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反有利于扩散进行有利于扩散进行扩散扩散飘移飘移PN结变窄结变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流I正正PN结正偏结正偏第11页，本讲稿共70页5/20/202311第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.4 PN结的特性结的特性2）PN结外加反向电压结外加反向电压flash3PN结反偏结反偏PN结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同有利于漂移进行有利于漂移进行飘移飘移扩散扩散PN结变厚结变厚外部电源不断提供
12、电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流产生较小的反向电流I反反 第12页，本讲稿共70页5/20/202312第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.1.4 PN6.1.4 PN结的特性结的特性结结结结 论论论论 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 （1）PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低，正向电流较大。向电流较大。（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反向电流很小。反向电流很小。第13页，本讲稿共70页5/20/202313下一节下一节上一页上一页下
13、一页下一页返返 回回第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2 二极管二极管二极管二极管6.2.1 6.2.1 二极管的结构类型二极管的结构类型二极管的结构类型二极管的结构类型(a)点接触型点接触型(b)面接触型面接触型 结面积小、结电容结面积小、结电容小、正向电流小。用小、正向电流小。用于检波和变频等高频于检波和变频等高频电路。电路。结面积大、正向电结面积大、正向电流大、结电容大，用流大、结电容大，用于工频大电流整流电于工频大电流整流电路。路。(c)平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和
14、开关电路中。用于高频整流和开关电路中。第14页，本讲稿共70页5/20/2023146.2.1 二极管的结构类型二极管的结构类型第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第15页，本讲稿共70页5/
15、20/2023156.2.1 二极管的结构类型二极管的结构类型第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V,锗锗管管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。被击穿，失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0.60.8V锗锗0.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围
16、内保持常数。常数。第16页，本讲稿共70页5/20/202316第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.2 主要参数主要参数主要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。均电流。2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URM 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏
17、，甚至过热而烧坏。第17页，本讲稿共70页5/20/2023173.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.2 主要参数主要参数第18页，本讲稿共70页5/20/202318第第第第6
18、 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.2 主要参数主要参数二极管的单向导电性二极管的单向导电性二极管的单向导电性二极管的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正正）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。较大，反向电流很小。
19、3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。导电性。4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。愈大。第19页，本讲稿共70页5/20/202319第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.3 二极管的应用二极管的应用二极管的应用二极管的应用 二极管主要用于整流和限幅电路中，由于其单向导电二极管主要用于整流和限幅电路中，由于其单向导电性，在分析时候近似用开关等效。性，在分析时候近似用开关等效。定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作
20、状态导通截导通截止止若二极管是理想的，若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。相当于断开。否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0.60.7V锗锗0.20.3V分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通;若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通二极管导通 在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。第21页，本讲稿共70页5/20/202321第第第
21、第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.3 6.2.3 二极管的应用二极管的应用两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取 B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。例例2:求：求：UABBD16V12V3k AD2UAB+V1阳阳=6 V，V2阳阳=0 V，V1阴阴=V2阴阴=12 VUD1=6V，UD2=12V UD2 UD1 D2 优先导通，优先导通，D1截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0 VD1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流
22、过 D2 的电流为的电流为在这里，在这里，D2 起钳位作用，起钳位作用，D1起隔离作用。起隔离作用。第22页，本讲稿共70页5/20/202322第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.2.3 二极管的应用二极管的应用二极管的应用二极管的应用已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 uo 波形。波形。例例3：D8VRuoui+8Vui18Vui 8V，二极管导通，可，二极管导通，可看作短路看作短路 uo=8V ui VBB VEE第33页，本讲稿共70页5/20/202333第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.2
23、6.4.2 双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用BJT的放大作用可表现为：用较小的基极电流控制的放大作用可表现为：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，或将较小的电压按比例放大为较大较大的集电极电流，或将较小的电压按比例放大为较大的电压。的电压。a)EB结加正偏结加正偏,扩散运动形成扩散运动形成IE。b)扩散到基区的自由电子与空穴复合形成扩散到基区的自由电子与空穴复合形成IB。c)CB结加反偏结加反偏,漂移运动形成漂移运动形成IC。1BJT内部载流子运动内部载流子运动第34页，本讲稿共70页5/20/202334BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的
24、扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子少部区的电子少部分与基区的空穴复合，分与基区的空穴复合，形成电流形成电流IBE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。RC第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.2 双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用第35页，本讲稿共70页5/20/202335BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从
25、基区扩散来的从基区扩散来的电子作为集电结电子作为集电结的少子，漂移进的少子，漂移进入集电结而被收入集电结而被收集，形成集，形成ICE。第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.2 6.4.2 双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用ICBO：发射极开路时集电结反向饱和电流：发射极开路时集电结反向饱和电流 ICEO：基极开路时集电极与发射极在：基极开路时集电极与发射极在VCC 反偏作用下的电反偏作用下的电流流，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映BJT的质量。的质量。第36页，本讲稿共70页5/20/202336第第第第
26、6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.2 双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE第37页，本讲稿共70页5/20/202337第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.2 双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用双极晶体管的电流放大作用2.2.电流分配关系电流分配关系电流分配关系电流分配关系忽略对极间电流影响较小的电子和空穴忽略对极间电流影响较小的电子和空穴运动形成的电流，运动形成的电流
27、，BJT中电流关系为：中电流关系为：IE=IC+IB3.BJT3.BJT电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数:IC/IB IE(1+)IB共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数:iC/iB ，由由BJT制造时材料掺杂浓度决定。制造时材料掺杂浓度决定。第38页，本讲稿共70页5/20/202338第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性ICmA AVVUCEUBERBIBECEB输入回路输入回路输出回路输出回路RC 实验线路实验线路第39页，本讲稿共70页5/20/2
28、02339第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.4V。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。第40页，本讲稿共70页5/20/202340第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性2.输出特性输出特性输出特性输出特性IC(m
29、A )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC=IB称为线称为线性区（放大性区（放大区）。区）。当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。第41页，本讲稿共70页5/20/202341IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电集电结正偏，结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性
30、第42页，本讲稿共70页5/20/202342第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0。第44页，本讲稿共70页5/20/202344第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性电路共基极电路共基极直流电流放大系数直流电流放大
31、系数:IC/IE IE=IC+IB=IC/IC/IB=/（1-）=或或=/(1+)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数:iC/I 且且 第45页，本讲稿共70页5/20/202345第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.3 双极晶体管的特性双极晶体管的特性对对共集电极电路共集电极电路 有有 IE IB+IB =(1+)IB故共集电极电路又称为故共集电极电路又称为电流放大器或电压跟随器。电流放大器或电压跟随器。第46页，本讲稿共70页5/20/202346第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.4 6.4.4 双极晶体管的
32、主要参数双极晶体管的主要参数1.电流放大系数电流放大系数 a)对共射极电路接法对共射极电路接法:IC/IBiC/iB 实际电路使用时一般采用实际电路使用时一般采用=3080的的BJT 作为放作为放大管。大管。b)对共基极电路接法：对共基极电路接法：IC/IEiC/iE 2.极间反向电流极间反向电流a)C-B极反向饱和电流极反向饱和电流ICBO硅管小于锗管，而且受温度影响较大。硅管小于锗管，而且受温度影响较大。应用时选用应用时选用ICBO较小的较小的BJT。第47页，本讲稿共70页5/20/202347第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.4 双极晶体管的主要参
33、数双极晶体管的主要参数 b)C-E极反向饱和电流极反向饱和电流ICEOB极开路时，极开路时，C-E极间的穿透电流极间的穿透电流有有ICEO=(1+)ICBO3.特征频率特征频率fT BJT工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使频率增大使下降并产生相移，使下降并产生相移，使下降为下降为1时的信号频率称时的信号频率称为特征频率为特征频率fT。应尽量选用。应尽量选用fT较高的较高的BJT。第48页，本讲稿共70页5/20/202348第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.4.4 6.4.4 双极晶体管的主要参数双极晶体
34、管的主要参数4.极限参数极限参数a)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICMb)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCMc)极间反向击穿电压极间反向击穿电压 UCBO:大小可从几十至大小可从几十至 上千伏。上千伏。UCEO:与与ICEO相关，相关，UCEO 0时时UGS足够大时足够大时（UGSUGS(th)）感应出足够多电感应出足够多电子，这里以电子子，这里以电子导电为主出现导电为主出现N型的导电沟道。型的导电沟道。UGS(th)称为开启电压称为开启电压感应出电子感应出电子第59页，本讲稿共70页5/20/202359PNNGSDUDSUGSUGS较小时，导电较小时，导电沟道相当于电阻将沟
35、道相当于电阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电阻越越大此电阻越小。小。第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管第60页，本讲稿共70页5/20/202360PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大时，不太大时，导电沟道在两个导电沟道在两个N区间是均匀的。区间是均匀的。当当UDS较大时较大时，靠近，靠近D区区的导电沟道的导电沟道变窄。变窄。第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管第61页，本讲稿共70页5/20/202361第第第第6
36、 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管PNNGSDUDSUGSUDS增加，增加，UGD=UGS(th)时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。夹断后夹断后ID呈恒呈恒流特性。流特性。IDID呈恒流特性，呈恒流特性，ID不随不随UDS变化，而随变化，而随UGD着变化。着变化。第62页，本讲稿共70页5/20/202362第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管3.3.增强型增强型增强型增强型N N沟道沟道沟道沟道MOSMOS管的
37、特性曲线管的特性曲线管的特性曲线管的特性曲线（1）开启电压：通常把开始出现反型层时的电压）开启电压：通常把开始出现反型层时的电压UGS称为称为开启电压，用开启电压，用UGS(th)表示。表示。（2）转移特性：就是栅源电压对漏极电流的控制特）转移特性：就是栅源电压对漏极电流的控制特性。性。（3）转移特性曲线：）转移特性曲线：第63页，本讲稿共70页5/20/202363第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管（4）输出特性曲线：输出特性曲线如图所示，也分为）输出特性曲线：输出特性曲线如图所示，也分为4个区：个区：
38、可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。第64页，本讲稿共70页5/20/202364第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管4.N4.N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管管管1）N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的结构管的结构N+N+P型硅衬底型硅衬底N沟道沟道SGDGDS第65页，本讲稿共70页5/20/2023652）N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的工作原理管的工作原理（1）UGS0时就有导电沟道，只要时就有导电沟道，只要UDS0就会有漏极电就会有漏极电流，即管子导通
39、；流，即管子导通；（2）当）当UGS0时，时，ID随随UGS的增大而增大；的增大而增大；GDS第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管第66页，本讲稿共70页5/20/202366第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管（1）N沟道耗尽型管子的转移特性曲线：沟道耗尽型管子的转移特性曲线：（2）N沟道耗尽型管子的输出特性曲线：沟道耗尽型管子的输出特性曲线：第67页，本讲稿共70页5/20/202367第第第第6 6章章
40、章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 6.5.1 绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管5.5.主要参数主要参数主要参数主要参数（1）栅）栅源直流输入电阻源直流输入电阻（2）栅）栅源击穿电压源击穿电压（3）最大漏极电流）最大漏极电流 和最大耗散功率和最大耗散功率（4）低频跨导）低频跨导 绝缘栅场效应管的主要参数，它是表示场效应管绝缘栅场效应管的主要参数，它是表示场效应管放大能力的一个参数。放大能力的一个参数。（漏源电压（漏源电压UDS一定时）一定时）第68页，本讲稿共70页5/20/202368第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件6.5.1 绝缘栅
41、型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管6.6.场效应管的特点场效应管的特点场效应管的特点场效应管的特点场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与三极管相比场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与三极管相比具有以下特点：具有以下特点：场效应管是电压控制器件，通过场效应管是电压控制器件，通过UGS来控制来控制ID；场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电它组成的放
42、大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；路的电压放大系数；场效应管的抗辐射能力强。场效应管的抗辐射能力强。第69页，本讲稿共70页5/20/202369第第第第6 6章章章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件本章小结本章小结1.1.半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识 本征半导体和杂质半导体的结构、特性；本征半导体和杂质半导体的结构、特性；PN结的形成和特点结的形成和特点2.2.半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管 主要参数和应用主要参数和应用3.3.晶体管晶体管晶体管晶体管 双级晶体管的结构、特点以及工作状态和放大原理。双级晶体管的结构、特点以及工作状态和放大原理。第70页，本讲稿共70页5/20/202370