最新半導(dǎo)體元器件基礎(chǔ)知識

1、半導(dǎo)體器件華天科技測試部 2010年半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識 物體根據(jù)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。凡容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質(zhì)）稱為導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)（如硅、鍺、硒等）稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因為它具有熱敏性、光敏性、摻雜性等特殊性能。 本征半導(dǎo)體是一種純凈的半導(dǎo)體晶體。常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅（si）和單晶鍺（ge）。半導(dǎo)體硅和鍺都是4價元素，其原子結(jié)構(gòu)如圖:4慣性核價電子ge32si14原子核電子軌道價電子(a)(b)(c) 半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)示意圖 （a）硅原子

2、；（b）鍺原子；（c）簡化模型 4共價鍵44444444價電子單晶硅的共價鍵結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體如果能從外界獲得一定的能量（如光照、溫升等），有些價電子就會掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子，在共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”?？昭ǖ某霈F(xiàn)使相鄰原子的價電子離開它所在的共價鍵來填補(bǔ)這個空穴，同時，這個共價鍵又產(chǎn)生了一個新的空穴。這個空穴也會被相鄰的價電子填補(bǔ)而產(chǎn)生新的空穴，這種電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動相當(dāng)于帶正電荷的空穴在運(yùn)動，并把空穴看成一種帶正電荷的載流子?？昭ㄔ蕉?，半導(dǎo)體的載流子數(shù)目就越多，因此形成的電流就越大。 在本征半導(dǎo)體中，空穴與電子是成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。其自由電子和空穴數(shù)目總是相等的。

3、本征半導(dǎo)體在溫度升高時產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。溫度越高，產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目就越多，這就是半導(dǎo)體的熱敏性。 在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而導(dǎo)體中只有自由電子這一種載流子，這是半導(dǎo)體與導(dǎo)體的不同之處。 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體兩大類。p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 p型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的3價元素（如硼、銦等）而形成的。因雜質(zhì)原子只有3個價電子，它與周圍硅原子組成共價鍵時，缺少1個電子，因此在晶體中便產(chǎn)生一個空穴，當(dāng)相鄰共價鍵上的電子受熱激發(fā)獲得能量時

4、，就有可能填補(bǔ)這個空穴，使硼原子成為不能移動的負(fù)離子，而原來硅原子的共價鍵因缺少了一個電子，便形成了空穴，使得整個半導(dǎo)體仍呈中性，如圖下頁所示。4由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子44444444自由電子移走后留下的空穴p型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 在p型半導(dǎo)體中，原來的晶體仍會產(chǎn)生電子空穴對，由于雜質(zhì)的摻入，使得空穴數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)目，成為多數(shù)載流子(簡稱多子)，而自由電子則為少數(shù)載流子(簡稱少子)。因而p型半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主。n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 n型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的5價元素（如磷、砷、鎵等）而形成的，雜質(zhì)原子有5個價電子與周圍硅原子結(jié)合成共價鍵時，多出1個價電子，這個多余的價電子

5、易成為自由電子，如圖所示。4自由電子44454444施主原子n型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 綜上所述，在摻入雜質(zhì)后，載流子的數(shù)目綜上所述，在摻入雜質(zhì)后，載流子的數(shù)目都有相當(dāng)程度的增加。因而對半導(dǎo)體摻雜是改都有相當(dāng)程度的增加。因而對半導(dǎo)體摻雜是改變半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的有效方法。變半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的有效方法。pn結(jié)結(jié) 在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成n型和p型半導(dǎo)體，它們的交界面附近會形成一個很薄的空間電荷區(qū)，稱其為pn結(jié)。 pn結(jié)的形成過程如圖所示。p區(qū)(a)n區(qū)(b)pn耗盡層空間電荷區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動方向自建場（a）多子擴(kuò)散示意圖；（b）pn結(jié)的形成pn結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦詐n結(jié)正向偏置導(dǎo)通 給pn結(jié)加上

6、電壓，使電壓的正極接p區(qū)，負(fù)極接n區(qū)（即正向連接或正向偏置），如下圖（a）所示。由于pn結(jié)是高阻區(qū)，而p區(qū)與n區(qū)電阻很小，因而外加電壓幾乎全部落在pn結(jié)上。由圖可見，外電場將推動p區(qū)多子（空穴）向右擴(kuò)散，與原空間電荷區(qū)的負(fù)離子中和，推動n區(qū)的多子（電子）向左擴(kuò)散與原空間電荷區(qū)的正離子中和，使空間電荷區(qū)變薄，打破了原來的動態(tài)平衡。同時電源不斷地向p區(qū)補(bǔ)充正電荷，向n區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，其結(jié)果使電路中形成較大的正向電流，由p區(qū)流向n區(qū)。這時pn結(jié)對外呈現(xiàn)較小的阻值，處于正向?qū)顟B(tài)。結(jié)變窄pn自建場方向外電場方向正向電流（很大）結(jié)變寬pn自建場方向外電場方向反向電流（很?。?a)(b) pn結(jié)的單向?qū)щ?/p>

7、性 （a）正向連接; （b）反向連接pn結(jié)反向偏置截止 將pn結(jié)按上圖（b）所示方式連接（稱pn結(jié)反向偏置）。由圖可見，外電場方向與內(nèi)電場方向一致，它將n區(qū)的多子（電子）從pn結(jié)附近拉走，將p區(qū)的多子（空穴）從pn結(jié)附近拉走，使pn結(jié)變厚，呈現(xiàn)出很大的阻值，且打破了原來的動態(tài)平衡，使漂移運(yùn)動增強(qiáng)。由于漂移運(yùn)動是少子運(yùn)動，因而漂移電流很??；若忽略漂移電流，則可以認(rèn)為pn結(jié)截止。 綜上所述，綜上所述，pnpn結(jié)正向偏置時，正向電流很大；結(jié)正向偏置時，正向電流很大；pnpn結(jié)反向偏置時，反向電流很小，這就是結(jié)反向偏置時，反向電流很小，這就是pnpn結(jié)的單向結(jié)的單向?qū)щ娦浴?dǎo)電性。半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二

8、極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管。二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可以分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。 點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)，如下圖（a）所示。這類管子的pn結(jié)面積和極間電容均很小，不能承受高的反向電壓和大電流，因而適用于制做高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件，以及作為小電流的整流管。金屬觸絲陽極引線n型鍺片陰極引線外殼(a)鋁合金小球n型硅陽極引線pn結(jié)金銻合金底座陰極引線(b) 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號（a）點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu);（b）面接觸型結(jié)構(gòu); 陰極引線陽極引線pp型支持襯底(c)陰極陽極(d)nak 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號（c）集成電路中的平面型結(jié)構(gòu); （d）圖形符號

9、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 1. 最大整流電流最大整流電流if2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓ub3. 反向飽和電流反向飽和電流isab+u2u1uvivuorltv單相半波整流電路b+u2uorltv1v2v3v4(a)ai1i2trlv1v2v4v3(b)單相橋式整流電路組成特殊二極管特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時，端電壓變化很小，因而具有穩(wěn)壓作用。圖中的ub表示反向擊穿電壓，當(dāng)電流的增量iz很大時，只引起很小的電壓變化uz。只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流，就不會形成破壞性的熱擊穿。因此，在電路中應(yīng)與穩(wěn)

10、壓管串聯(lián)一個具有適當(dāng)阻值的限流電阻。 (b)u / vi / maouz(a)izminuzabizmaxruzui(c) 穩(wěn)壓管的伏安特性曲線、圖形符號及穩(wěn)壓管電路 （a）伏安特性曲線;（b）圖形符號;（c）穩(wěn)壓管電路 2. 光電二極管光電二極管 光電二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管的結(jié)構(gòu)基本相同，只是在它的結(jié)處，通過管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。光電二極管的結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。下圖（）是光電二極管的圖形符號，圖（）是它的等效電路，而圖（）是它的特性曲線。光電二極管的主要特點(diǎn)是其反向電流與光照度成正比。 ak(a)ipupak(b)108642ip /a

11、up /v50400e200 lx(c)0 光電二極管 （）圖形符號;（）等效電路;（）特性曲線3. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種能把電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊器件。這種二極管不僅具有普通二極管的正、反向特性，而且當(dāng)給管子施加正向偏壓時，管子還會發(fā)出可見光和不可見光（即電致發(fā)光）。目前應(yīng)用的有紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色的發(fā)光二極管。此外，還有變色發(fā)光二極管，即當(dāng)通過二極管的電流改變時，發(fā)光顏色也隨之改變。圖下（a）所示為發(fā)光二極管的圖形符號。 發(fā)光二極管常用來作為顯示器件，除單個使用外，也常做成七段式或矩陣式器件。發(fā)光二極管的另一個重要的用途是將電信號變?yōu)楣庑盘?，通過光纜傳輸，然后再用光電二

12、極管接收，再現(xiàn)電信號。圖下（b）所示為發(fā)光二極管發(fā)射電路通過光纜驅(qū)動的光電二極管電路。在發(fā)射端，一個0v的脈沖信號通過500的電阻作用于發(fā)光二極管（led），這個驅(qū)動電路可使led產(chǎn)生一數(shù)字光信號，并作用于光纜。由led發(fā)出的光約有20%耦合到光纜。在接收端，傳送的光中，約有80%耦合到光電二極管，以致在接收電路的輸出端復(fù)原為0v電壓的脈沖信號。ak(a)05 v脈沖串發(fā)光二極管發(fā)射電路ledrs500 (b)uccuo5 vrl43 k光電二極管接收電路光纜發(fā)光二極管（a）圖形符號; （b）光電傳輸系統(tǒng) 4. 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 二極管結(jié)電容的大小除了與本身的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外，還與外加電壓

13、有關(guān)。結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管，其圖形符號如圖7.13（a）所示，圖（b）是某種變?nèi)荻O管的特性曲線。ak(a)0510152025125102050c / pf(b)u / v變?nèi)荻O管（a）圖形符號;（b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度） 半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理的不同可以分為雙極型和單極型半導(dǎo)體三極管。雙極型半導(dǎo)體三極管（簡稱bjt），又稱為雙極型晶體三極管或三極管、晶體管等。之所以稱為雙極型管，是因為它由空穴和自由電子兩種載流子參與導(dǎo)電。而單極型半導(dǎo)體三極管只有一種載流子導(dǎo)電。半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)

14、和類型 三極管的構(gòu)成是在一塊半導(dǎo)體上用摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個緊挨著的pn結(jié)，并引出三個電極，如下圖所示。三極管有三個區(qū)：發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子的區(qū)域；基區(qū)載流子傳輸?shù)膮^(qū)域；集電區(qū)收集載流子的區(qū)域。各區(qū)引出的電極依次為發(fā)射極（極）、基極（極）和集電極（極）。發(fā)射區(qū)和基區(qū)在交界處形成發(fā)射結(jié)；基區(qū)和集電區(qū)在交界處形成集電結(jié)。根據(jù)半導(dǎo)體各區(qū)的類型不同，三極管可分為npn型和pnp型兩大類，如下圖（a）、（b）所示。npn集電極 c b集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射極 eebc(a)b三極管的組成與符號（a）npn型; （b）pnp型pnpcbeebc(b)ceb 為使三極管具有電流放大作用，在制造過程

15、中必須滿足實現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即： （1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。 （2）基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。 （3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，以利于收集載流子。 由此可見，三極管并非兩個pn結(jié)的簡單組合，不能用兩個二極管來代替；在放大電路中也不可將發(fā)射極和集電極對調(diào)使用。三極管的工作電壓和基本連接方式三極管的工作電壓和基本連接方式工作電壓 三極管要實現(xiàn)放大作用必須滿足的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。如下圖所示，其中v為三極管，ucc為集電極電源電壓

16、，ubb為基極電源電壓，兩類管子外部電路所接電源極性正好相反，rb為基極電阻，rc為集電極電阻。若以發(fā)射極電壓為參考電壓，則三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏這個外部條件也可用電壓關(guān)系來表示：對于npn型：ucubue；對于pnp型：ueubuc。uccubbrcvbceuccubbrcvbcerb(a)(b)rb三極管電源的接法 （a）npn型; （b）pnp型基本連接方式 三極管有三個電極，而在連成電路時必須由兩個電極接輸入回路，兩個電極接輸出回路，這樣勢必有一個電極作為輸入和輸出回路的公共端。根據(jù)公共端的不同，有三種基本連接方式。 （1）共發(fā)射極接法（簡稱共射接法）。共射接法是以基極為輸入端的

17、一端，集電極為輸出端的一端，發(fā)射極為公共端，如下圖（a）所示。 （2）共基極接法（簡稱共基接法）。共基接法是以發(fā)射極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，基極為公共端，如下圖（b）所示。（3）共集電極接法（簡稱共集接法）。共集接法是以基極為輸入端的一端，發(fā)射極為輸出端的一端，集電極為公共端，如下圖（c）所示。 圖中“”表示公共端，又稱接地端。無論采用哪種接法，都必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(b)(a)(c)輸入輸出輸入輸出輸入輸出三極管電路的三種組態(tài)（a）共發(fā)射極接法;（b）共基極接法（c）共集電極接法三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)1）電流放大倍數(shù)2）極間反向電流3）極限參數(shù)（1）集電極

18、最大允許電流icm（2）集電極最大允許功率損耗pcm 。（3）反向擊穿電壓u(br)ceo,u(br)cbo,u(br)ebo 。場效應(yīng)管 場效應(yīng)管（簡稱fet）是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)來控制輸出電流的，所以又稱之為電壓控制型器件。它工作時只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，故也叫單極型半導(dǎo)體三極管。因它具有很高的輸入電阻，能滿足高內(nèi)阻信號源對放大電路的要求，所以是較理想的前置輸入級器件。它還具有熱穩(wěn)定性好、功耗低、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場效應(yīng)管可以分為結(jié)型場效應(yīng)管（jfet）和絕緣柵型場效應(yīng)管（igfet）或稱mos型場效應(yīng)管兩大類

19、。根據(jù)場效應(yīng)管制造工藝和材料的不同，又可分為n型溝道場效應(yīng)管和p型溝道場效應(yīng)管。結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號結(jié)型場效應(yīng)管（jfet）結(jié)構(gòu)示意圖如圖（a）所示。n溝道g柵極s源極d漏極npp(a)gds(b)3dj7dgs(c)n溝道結(jié)型場效應(yīng)管（a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號;（c）外形圖漏極gdsp溝 道g柵極s源極dpnn(a)(b)p 溝道結(jié)型場效應(yīng)管 （a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號 工作原理工作原理(以n溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例) 場效應(yīng)管工作時它的兩個pn結(jié)始終要加反向電壓。對于n溝道，各極間的外加電壓變?yōu)閡gs0，漏源之間加正向電壓，即uds0。 當(dāng)g、s兩極間電壓u

20、gs改變時，溝道兩側(cè)耗盡層的寬度也隨著改變，由于溝道寬度的變化，導(dǎo)致溝道電阻值的改變，從而實現(xiàn)了利用電壓ugs控制電流id的目的。ndgsppidudsudduggugs場效應(yīng)管的工作原理n溝道dgsndgsuggppp(b)dgsugg耗盡層(a)(c)pppugs對導(dǎo)電溝道的影響（a）導(dǎo)電溝道最寬;（b）導(dǎo)電溝道變窄;（c）導(dǎo)電溝道夾斷絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 在結(jié)型場效應(yīng)管中，柵源間的輸入電阻一般為10+610+9。由于pn結(jié)反偏時，總有一定的反向電流存，而且受溫度的影響，因此，限制了結(jié)型場效應(yīng)管輸入電阻的進(jìn)一步提高。而絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極與漏極、源極及溝道是絕緣的，輸入電阻可

21、高達(dá)10+9以上。由于這種場效應(yīng)管是由金屬（metal）,氧化物（oxide）和半導(dǎo)體（semiconductor）組成的，故稱mos管。mos管可分為n溝道和p溝道兩種。按照工作方式不同可以分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類。 溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號 下圖是n溝道增強(qiáng)型mos管的示意圖。mos管以一塊摻雜濃度較低的p型硅片做襯底，在襯底上通過擴(kuò)散工藝形成兩個高摻雜的n型區(qū)，并引出兩個極作為源極s和漏極d；在p型硅表面制作一層很薄的二氧化硅（sio2）絕緣層，在二氧化硅表面再噴上一層金屬鋁，引出柵極g。這種場效應(yīng)管柵極、源極、漏極之間都是絕緣的，所以稱之為絕緣

22、柵場效應(yīng)管。絕緣柵場效應(yīng)管的圖形符號如下圖（b）、(c)所示，箭頭方向表示溝道類型，箭頭指向管內(nèi)表示為n溝道m(xù)os管(圖(b)，否則為p溝道m(xù)os管(圖(c)。(a)(c)nnp襯底sgd鋁二氧化硅(sio2)(襯底引線)bdgbs(b)dgbsmos管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號 下圖是n溝道增強(qiáng)型mos管的工作原理示意圖，圖（b）是相應(yīng)的電路圖。工作時柵源之間加正向電源電壓ugs，漏源之間加正向電源電壓uds,并且源極與襯底連接,襯底是電路中最低的電位點(diǎn)。 當(dāng)ugs=0時，漏極與源極之間沒有原始的導(dǎo)電溝道，漏極電流id=0。這是因為當(dāng)ugs=0時，漏極和襯底以及源極之間形成了兩個反向串聯(lián)的pn結(jié)，當(dāng)

23、uds加正向電壓時，漏極與襯底之間pn結(jié)反向偏置的緣故。(a)(b)nnp型襯底sgdrduddrduddgdsuggn溝道增強(qiáng)型mos管工作原理 (a)示意圖； (b)電路圖 當(dāng)ugs0時，柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極g指向襯底的電場。這個電場的作用是排斥p型襯底中的空穴而吸引電子到表面層，當(dāng)ugs增大到一定程度時，絕緣體和p型襯底的交界面附近積累了較多的電子，形成了n型薄層，稱為n型反型層。反型層使漏極與源極之間成為一條由電子構(gòu)成的導(dǎo)電溝道，當(dāng)加上漏源電壓ugs之后，就會有電流id流過溝道。通常將剛剛出現(xiàn)漏極電流id時所對應(yīng)的柵源電壓稱為開啟電壓，用ugs(th)表示。

24、 當(dāng)ugsugs(th)時，ugs增大、電場增強(qiáng)、溝道變寬、溝道電阻減小、id增大；反之，ugs減小，溝道變窄，溝道電阻增大，id減小。所以改變ugs的大小，就可以控制溝道電阻的大小，從而達(dá)到控制電流id的大小，隨著ugs的增強(qiáng)，導(dǎo)電性能也跟著增強(qiáng)，故稱之為增強(qiáng)型。 必須強(qiáng)調(diào)，這種管子當(dāng)ugsugs(th)時，反型 層 （ 導(dǎo) 電 溝 道 ） 消 失 ， id= 0 。 只 有 當(dāng)ugsugs(th)時，才能形成導(dǎo)電溝道，并有電流id。n溝道耗盡型溝道耗盡型mos管管 結(jié)構(gòu)、符號和工作原理結(jié)構(gòu)、符號和工作原理 n溝道耗盡型mos管的結(jié)構(gòu)如下圖（a）所示，圖形符號如下圖（b）所示。n溝道耗盡型m

25、os管在制造時，在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子，這些正離子的存在，使得ugs=0時，就有垂直電場進(jìn)入半導(dǎo)體，并吸引自由電子到半導(dǎo)體的表層而形成n型導(dǎo)電溝道。如果在柵源之間加負(fù)電壓，ugs所產(chǎn)生的外電場就會削弱正離子所產(chǎn)生的電場，使得溝道變窄，電流id減小;反之，電流id增加。故這種管子的柵源電壓ugs可以是正的，也可以是負(fù)的。改變ugs，就可以改變溝道的寬窄，從而控制漏極電流id。nn sugsgduds耗盡層n溝道p鋁電極(a)gsd襯底(b)n溝道耗盡型mos管的結(jié)構(gòu)和符號 （a）結(jié)構(gòu);（b）圖形符號場效應(yīng)管的主要參數(shù)及注意事項場效應(yīng)管的主要參數(shù)及注意事項主要參數(shù)主要參數(shù) 1) 開啟

26、電壓u gs(th)和夾斷電壓u gs(off) 2) 飽和漏極電流i dss 3）低頻跨導(dǎo)gm（又稱低頻互導(dǎo)）4)直流輸入電阻rgs5)漏源擊穿電壓u(br)ds6）柵源擊穿電壓u(br)gs7）最大耗散功率pdm注意事項(1)在使用場效應(yīng)管時，要注意漏源電壓uds、漏源電流id、柵源電壓ugs及耗散功率等值不能超過最大允許值。 (2)場效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上看漏源兩極是對稱的，可以互相調(diào)用，但有些產(chǎn)品制作時已將襯底和源極在內(nèi)部連在一起，這時漏源兩極不能對換用。 (3)結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓ugs不能加正向電壓，因為它工作在反偏狀態(tài)。通常各極在開路狀態(tài)下保存。(4)絕緣柵型場效應(yīng)管的柵源兩極絕不允許

27、懸空，因為柵源兩極如果有感應(yīng)電荷，就很難泄放，電荷積累會使電壓升高，而使柵極絕緣層擊穿，造成管子損壞。因此要在柵源間絕對保持直流通路，保存時務(wù)必用金屬導(dǎo)線將三個電極短接起來。在焊接時，烙鐵外殼必須接電源地端，并在烙鐵斷開電源后再焊接?xùn)艠O，以避免交流感應(yīng)將柵極擊穿，并按s、d、g極的順序焊好之后，再去掉各極的金屬短接線。(5）注意各極電壓的極性不能接錯。晶閘管 晶閘管又稱可控硅，是一種大功率半導(dǎo)體可控元件。它主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開關(guān)四個方面，應(yīng)用最多的是晶閘管整流。它具有輸出電壓可調(diào)等特點(diǎn)。晶閘管的種類很多，有普通單向和雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等。晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、性能及參數(shù)晶

28、閘管的基本結(jié)構(gòu)、性能及參數(shù)晶閘管的基本結(jié)構(gòu)晶閘管的基本結(jié)構(gòu) 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)是由p1n1p2n2三個pn結(jié)四層半導(dǎo)體構(gòu)成的，如下圖所示。其中p1層引出電極a為陽極；n2層引出電極k為陰極；p2層引出電極g為控制極，其外型及符號如下圖所示。n1p1n2p2陽極(a)鋁片鉬片金銻片陰極(k) 控制極(g)金硼鈀片硅片(a)n1p1n2p2j3j2j1控制極(g)陰極(k)陽極(a)(b)晶閘管結(jié)構(gòu) 3ct(c)aakkg晶閘管的外型及符號晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 把晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看成由pnp和npn型兩個晶體管連接而成，如下圖所示。當(dāng)在a、k兩極間加上正向電壓uak時，由于j2反偏，故晶

29、閘管不導(dǎo)通，在控制極上加一正向控制電壓ugk后，產(chǎn)生控制電流ig，它流入v2管的基極，并經(jīng)過v2管電流放大得ic2=2ig；又因為ic2=ib1；所以ic1=12ig，ic1又流入v2管的基極再經(jīng)放大形成正反饋，使v1和v2管迅速飽和導(dǎo)通。飽和壓降約為1v左右，使陽極有一個很大的電流ia，電源電壓uak幾乎全部加在負(fù)載電阻rl上。這就是晶閘管導(dǎo)通的原理。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通后，若去掉ugk，晶閘管仍維持導(dǎo)通。 v1av2kg p1p2n1 n2n1p2akg晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 要使晶閘管重新關(guān)斷，只有使陽極電流小于某一值，使v1、v2管截止，這個電流稱維持電流。當(dāng)可控硅陽極和陰極之間加反向電壓時，無論是否

30、加ugk，晶閘管都不會導(dǎo)通。 綜上所述,晶閘管是一個可控制的單向開關(guān)元件，它的導(dǎo)通條件為：陽極到陰極之間加上陽極比陰極高的正偏電壓；晶閘管控制極要加門極比陰極電位高的觸發(fā)電壓。而關(guān)斷條件為晶閘管陽極接電源負(fù)極，陰極接電源正極，或使晶閘管中電流減小到維持電流以下。晶閘管整個工作情況如下圖所示。 rgvsug反向阻斷 uargvsug正向阻斷 uargvsug融發(fā)導(dǎo)通 uargvsug除去觸發(fā)信號仍導(dǎo)通 uauvuviouorlu1u2v1v2v3v4rluoioab單相半控橋式整流電路晶閘管組成的半波電路集成電路集成電路集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類： 模擬集成電路、數(shù)字集成電路，數(shù)?；旌霞呻娐?； 小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 集成電