第一章-常用半導體器件

1、 第一章第一章 常用半導體器件常用半導體器件Semiconductor device 第一章第一章 常用常用 器件器件半導體半導體 類別類別項目項目 導體導體絕緣體絕緣體代表物質(zhì)代表物質(zhì) 一般最外層電子數(shù)一般最外層電子數(shù)外層電子受原子核的外層電子受原子核的束縛力束縛力 導電性導電性 金屬金屬惰性氣體惰性氣體硅、鍺硅、鍺 4 44=4=4小小易易大大二者之間二者之間不易不易二者之間二者之間半導體半導體1.1.1 本征半導體本征半導體1.1 半導體基礎知識半導體基礎知識純凈的晶體結(jié)構的半導體純凈的晶體結(jié)構的半導體無雜質(zhì)無雜質(zhì)?GeSi半導體硅和鍺的最外層電子（半導體硅和鍺的最外層電子（價電子價電子

2、）都是四個。）都是四個。結(jié)構特點結(jié)構特點通過一定的工藝過程，可將其制成通過一定的工藝過程，可將其制成晶體晶體。即為本征半導體即為本征半導體Intrinsic semiconductor 本征半導體的結(jié)構示意圖本征半導體的結(jié)構示意圖+4+4+4+4 形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結(jié)構。構成穩(wěn)定結(jié)構。共用電子共用電子常溫下價電子常溫下價電子很難脫離共價鍵很難脫離共價鍵成為成為自由電子自由電子導電能力很弱導電能力很弱Share electron +4+4+4+4熱和光的作用熱和光的作用 自由電子自由電子 空穴空穴一些價電子獲得足夠的一些價

3、電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵束縛能量而脫離共價鍵束縛電子空穴對電子空穴對本征激發(fā)本征激發(fā) （熱激發(fā)）（熱激發(fā)）帶正電帶正電帶負電帶負電游離的部分自由電子游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，也可能回到空穴中去，稱為稱為復合復合Intrisic excitation +4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果來填補，這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移。相當于空穴的遷移。空穴的遷移相當于正空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可電荷的移動，因此可以認為空穴是以認為空穴是載流子載流子。本征半導體的兩種載流子本征半導體的兩種載流子溫度越高，載流子的

4、濃度越高，導電能力越強。溫度越高，載流子的濃度越高，導電能力越強。溫溫度度是影響半導體性能的一個重要的外部因素。這是是影響半導體性能的一個重要的外部因素。這是半導體的一大特點。半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體中電流由兩部分組成：本征半導體中電流由兩部分組成： 1. 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿赢a(chǎn)生的電流。 在本征半導體中摻入在本征半導體中摻入少量合適的雜質(zhì)少量合適的雜質(zhì)，就會，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。1.1.

5、2 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 N 型半導體型半導體+4+4+5+4磷原子磷原子多余多余電子電子摻入少量的五價元素磷（或銻）摻入少量的五價元素磷（或銻）取代，形成共價鍵取代，形成共價鍵多出一個電子多出一個電子磷原子成為不能移動磷原子成為不能移動的正離子的正離子施主施主原子原子Impurity semiconductor +4+4+5+4N 型半導體中的型半導體中的載流子是什么？載流子是什么？1 1、由、由施主原子施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。提供的電子，濃度與施主原子相同。2 2、本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導體中載

6、流子濃度，所以，自摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。Negative+4+4+3+4空位空位硼原子硼原子空穴空穴P 型半導體型半導體摻入少量的三價元素硼（或銦）摻入少量的三價元素硼（或銦）取代，形成共價鍵取代，形成共價鍵產(chǎn)生一個空位產(chǎn)生一個空位吸引束縛電子來填補吸引束縛電子來填補受主受主原子原子硼原子成為不能移動硼原子成為不能移動的負離子的負離子空穴是多子，電子是少子空穴是多子，電子是少子Positive(3)、雜質(zhì)

7、半導體的示意表示法、雜質(zhì)半導體的示意表示法P 型半導體型半導體+N 型半導體型半導體雜質(zhì)雜質(zhì)型半導體型半導體多子多子和和少子少子的移動都能形成電流。的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。小結(jié)小結(jié)4 4、P型半導體中型半導體中空穴空穴是多子，是多子，自由電子自由電子是少子。是少子。 N型型半導體中半導體中自由電子自由電子是多子，是多子，空穴空穴是少子。是少子。 5、半導體的導電能力與、半導體的導電能力與溫度溫度、光強、雜質(zhì)濃度、光強、雜質(zhì)濃度 和材料性質(zhì)有關。和材料性質(zhì)有關。 1

8、、半導體半導體的導電能力介于導體與絕緣體之間。的導電能力介于導體與絕緣體之間。 2、在一定溫度下，本征半導體因、在一定溫度下，本征半導體因本征激發(fā)本征激發(fā)而產(chǎn)生自由而產(chǎn)生自由 電子和空穴對，故其有一定的導電能力。電子和空穴對，故其有一定的導電能力。 3、本征半導體的導電能力主要由、本征半導體的導電能力主要由溫度溫度決定；決定； 雜質(zhì)半導體的導電能力主要由雜質(zhì)半導體的導電能力主要由所摻雜質(zhì)所摻雜質(zhì)的濃度決定。的濃度決定。一、一、PN 結(jié)的形成結(jié)的形成利用摻雜工藝，將利用摻雜工藝，將P 型半導體和型半導體和N 型半導體制作型半導體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面處就形成了在同一塊硅片上，在它們的

9、交界面處就形成了PN 結(jié)。結(jié)。1.1.3 PN結(jié)結(jié)N 型半導體型半導體P 型半導體型半導體+PN結(jié)結(jié)+物質(zhì)因濃度差會產(chǎn)生擴散運動物質(zhì)因濃度差會產(chǎn)生擴散運動N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠高子濃度遠高于于P區(qū)。區(qū)。P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠高濃度遠高于于N區(qū)。區(qū)。自由電子自由電子空穴空穴空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。擴散的結(jié)果是產(chǎn)生擴散的結(jié)果是產(chǎn)生空間電荷區(qū)。空間電荷區(qū)。+內(nèi)電場內(nèi)電場E+-在電場力作用下，載流子產(chǎn)生的運動稱為漂移運動在電場力作用下，載流子產(chǎn)生的運動稱為漂移運動自由電子自由電子空穴空穴電位電位VV0最終擴散和漂移這一對相反的運動達到平衡，相當最終擴散和漂移這一對相反的運動達

10、到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。定不變。多子的擴散運動多子的擴散運動空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴散內(nèi)電場阻止多子擴散 總結(jié)總結(jié) 因濃度差因濃度差 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)達到平衡，空間電荷區(qū)寬度固定不變達到平衡，空間電荷區(qū)寬度固定不變 二、二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?REPN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變變薄薄PN+_外加電源將使擴散外加電源將使擴散運動源源不斷的進運動源源不斷的進行，形成正向電流，

11、行，形成正向電流，PN結(jié)導通結(jié)導通forward bias PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多子內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反限，只能形成較小的反向電流。向電流。PN結(jié)截止結(jié)截止REReverse bias PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；擴散電流； 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)

12、高電阻，具有很小的反向漂移電流，反向漂移電流， PN結(jié)截止。結(jié)截止?？偨Y(jié)總結(jié)Unilateral conductivity 三、三、PN結(jié)結(jié)VCR方程方程) 1(TUuSeIiPN結(jié)兩端的外電壓結(jié)兩端的外電壓u與流過與流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流i之間的關系之間的關系UT: 溫度電壓當量，溫度電壓當量， = kT/q，一般取值為，一般取值為26mv； k為玻耳曼常數(shù)為玻耳曼常數(shù) T為熱力學溫度為熱力學溫度 q為電子電荷量為電子電荷量IS：反向飽和電流反向飽和電流) 1(TUuSeIiABC四、四、PN結(jié)的電容效應結(jié)的電容效應1. 勢壘電容勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)結(jié)外加電

13、壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2. 擴散電容擴散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散過程中載結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散過程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容Cd。dbjCCC結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！若結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！程度，則

14、失去單向?qū)щ娦?！barrier capacity Diffused capacity NP+-1.2 半導體二極管半導體二極管外殼封裝外殼封裝陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線semiconductor diode 1.2.1 半導體二極管的結(jié)構類型半導體二極管的結(jié)構類型按按結(jié)結(jié)構構分分類類點接觸型點接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型(1) (1) 點接觸型二極管點接觸型二極管陽極引線陽極引線陰極引線陰極引線PNPN結(jié)面積小結(jié)面積小不能通過較大的電流不能通過較大的電流結(jié)電容小結(jié)電容小工作頻率高工作頻率高 適用于適用于高頻電路高頻電路和小功率整流和小功率整流陽極引線陽極引線陰極引線陰極引線(2)

15、(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管PNPN結(jié)面積大結(jié)面積大能通過較大的電流能通過較大的電流結(jié)電容大結(jié)電容大能在低頻下工作能在低頻下工作一般僅作為一般僅作為整流管使用整流管使用合金法合金法PNPN結(jié)面積可大可小結(jié)面積可大可小陽極引線陽極引線陰極引線陰極引線視結(jié)面積的大小視結(jié)面積的大小用于大功率整流用于大功率整流和開關電路中和開關電路中二極管的電路符號二極管的電路符號陽極陽極陰極陰極二端無源元件二端無源元件(3) (3) 平面型二極管平面型二極管擴散法擴散法+-ui半導體二極管圖片1.2.2 1.2.2 半導體二極管的伏安特性曲線半導體二極管的伏安特性曲線uiPN結(jié)結(jié)二極管二極管) 1(eTSU

16、uIi近似分析時：近似分析時：(1) (1) 二極管和二極管和PNPN結(jié)伏安特性的區(qū)別結(jié)伏安特性的區(qū)別二極管存在半導體二極管存在半導體體電阻體電阻和和引線電阻引線電阻二極管表面二極管表面 漏電流漏電流單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦評i幾點說明幾點說明二極管的正向特性二極管的正向特性陽極陽極陰極陰極+-uu00uUonUon開啟開啟電壓電壓正向電流為零正向電流為零uUon開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。) 1(eTSUuIi二極管的反向特性二極管的反向特性陽極陽極陰極陰極+-uuUZ時作用同二極管時作用同二極管u增加到增加到UZ 時，穩(wěn)壓管擊穿時，穩(wěn)壓管擊穿(a)V

17、oltage-regulation diode 2 2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電下，所對應的反向工作電壓。壓。(1)(1)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ穩(wěn)壓管低于此值穩(wěn)壓情況穩(wěn)壓管低于此值穩(wěn)壓情況變壞，常記作變壞，常記作IZmin(2)(2)穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比(3)(3)動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZrZ = UZ / IZ(4)(4)額定功耗額定功耗P PZMPZM= UZ IZmax最大穩(wěn)定最大穩(wěn)定電流電流(5)(5)溫度系數(shù)溫度

18、系數(shù)表示溫度每變化表示溫度每變化1穩(wěn)壓值的變化量穩(wěn)壓值的變化量例例1 電路如圖所示，設電路如圖所示，設ui=6sint V，試繪出輸出電壓，試繪出輸出電壓uo的波形。設的波形。設DZ為硅穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為為硅穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為5V, 正向?qū)д驅(qū)▔航岛雎圆挥?。通壓降忽略不計?ui-3V RDZ+uo-解：解： ui -3V D導通導通 uo= -3V ui -3V D截止截止 uo= ui 2V 2V uiD反向擊穿反向擊穿 uo= 2V ui/V t o6uo/V t o22-3-3ABVB= uiVA= -3V例例2 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電UZ=6V, 最小穩(wěn)定電流最小穩(wěn)

19、定電流IZmin=5mA,最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流IZmax=25mA, 負載電阻負載電阻RL=600。求限流電阻求限流電阻R的取值范圍。的取值范圍。UI=10VRDZ+UO-RLILIDZIR+-解：解： UO=UZ =6V IL= UO RL = 6 600 =0.01A =10mA 當當IDZ=IZmin=5mA時時 IR=IDZ+IL =5+10 =15mA R= UI-UOIR= 10-61510-3=227當當IDZ=IZmax=25mA時時 IR=25+10 =35mA R= 10-63510-3=114R=1142271.3 晶體三極管晶體三極管管中有兩種不同極性的載流子參與導

20、電，管中有兩種不同極性的載流子參與導電， 所以又稱做所以又稱做雙極型晶體管雙極型晶體管由由兩個兩個 PN 結(jié)結(jié)組合而成，是一種組合而成，是一種CCCS器件器件BJTCrystal triode 較薄，摻雜較薄，摻雜濃度低濃度低面積很大面積很大摻雜濃度很高摻雜濃度很高集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) NPN型型PNN 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基極基極b發(fā)射極發(fā)射極e集電極集電極c1.3.1 晶體管的結(jié)構及類型emitter base collector 集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)NPN型型cPNNeb發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)集電區(qū)PNP型型

21、NPPeb基區(qū)基區(qū)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極c發(fā)射極發(fā)射極基極基極cbeecb我國晶體管的型號命名方法我國晶體管的型號命名方法 3AX81以以 NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論cNNPebbec表面看表面看三極管若實三極管若實現(xiàn)放大，必須從現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構三極管內(nèi)部結(jié)構和和外部所加電外部所加電源的極性源的極性來保來保證。證。不具備不具備放大作用放大作用1.3.2 晶體管的電流放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構要求：三極管內(nèi)部結(jié)構要求：NNPebc1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 基區(qū)做得很薄基區(qū)做得很薄。通常只有。通常只有幾微米到幾十微米，而且?guī)孜⒚椎綆资⒚?，而且摻雜

22、較摻雜較少少。外加電源的極性應使外加電源的極性應使發(fā)射結(jié)處于正向偏置發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，狀態(tài)，而而集電結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件：VBBVCC-uo+RbRc 共射放大電路共射放大電路電流單位：電流單位：mAiB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10iC 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95iE uBECEB+-+晶體管晶體管C、E之間相當于開路之間相當于開路iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100u

23、A放大區(qū)放大區(qū)BCBCiiII ,輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:放大區(qū)放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏uBE Uon ,且且uCE uBE 曲線基本平行等距。曲線基本平行等距。CEB+-+輸出曲線具輸出曲線具有恒流特性有恒流特性iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域: :飽和區(qū)飽和區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏uBE Uon ,且且uCEVE有可能有可能NPN1.5VTRbRciC-6VVE =0VB0即

24、即 VBVE不可能不可能PNP1.4 1.4 場效應管場效應管利用輸入回路的利用輸入回路的電場效電場效應應來控制輸出回路電流來控制輸出回路電流Field Effect Transistor簡稱簡稱FETBJT （三極管）（三極管）電流控制元件電流控制元件 (iB iC)工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件。都參與運行，所以被稱為雙極型器件。工作時，只有一種載流子（多子）參與導電，因工作時，只有一種載流子（多子）參與導電，因此它是單極型器件。此它是單極型器件。 特點：特點：輸入電阻極高，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，輸入電阻極高，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，

25、抗輻射能力強，耗電省，集成工藝簡單?？馆椛淠芰?，耗電省，集成工藝簡單。 應用：應用：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路。N溝道溝道N溝道溝道耗盡型耗盡型N溝道溝道增強型增強型P溝道溝道分類：分類：絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管P溝道溝道P溝道溝道柵極柵極gNP漏極漏極d源極源極sN型半導體型半導體為基底為基底高摻雜的高摻雜的P型半導體型半導體導電導電溝道溝道耗盡耗盡層層1.4.1 結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管Junction Field Effect Transistor結(jié)構結(jié)構符號符號1.4.1 結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管Junction Field E

26、ffect Transistor結(jié)構結(jié)構在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個正向電壓，上一個正向電壓，N 型半型半導體中多數(shù)載流子導體中多數(shù)載流子電子電子可可以導電。以導電。導電溝道是導電溝道是 N 型的，型的，稱稱 N 溝道結(jié)型場效應管溝道結(jié)型場效應管。gds柵極柵極gNP漏極漏極d源極源極sP 溝道場效應管溝道場效應管P 溝道結(jié)型場效應管結(jié)構圖溝道結(jié)型場效應管結(jié)構圖N+N+P型型溝溝道道gsd在在 P 型型硅棒的兩側(cè)做成高硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的摻雜的 N 型區(qū)型區(qū)(N+)，導電，導電溝道為溝道為 P 型，多數(shù)載流子型，多數(shù)載流子為為空穴空穴。符號符號GDSgds一、結(jié)型場效應管工作原

27、理一、結(jié)型場效應管工作原理 N 溝道結(jié)型場效應管用改變溝道結(jié)型場效應管用改變 大小來控制漏極電流大小來控制漏極電流 的。的。(VCCS)gdsNN型型溝溝道道P+P+耗盡層耗盡層*在柵極和源極之在柵極和源極之間加間加，耗盡層，耗盡層會會，導電溝道寬度，導電溝道寬度，使溝道本身的電，使溝道本身的電阻值阻值，漏極電流，漏極電流 iD 。1. 當當uDS = 0 時，時， uGS 對導電溝道的控制作用對導電溝道的控制作用iD = 0gdsN型型溝溝道道P+P+ ( (a) )uGS = 0耗盡層很窄，耗盡層很窄，導電溝道很寬導電溝道很寬耗盡層逐漸加寬，耗盡層逐漸加寬，導電溝道相應變窄。導電溝道相應變

28、窄。耗盡層閉合，導耗盡層閉合，導電溝道被夾斷。電溝道被夾斷。UGS(off)為夾斷電壓，為負值。為夾斷電壓，為負值。一、結(jié)型場效應管工作原理一、結(jié)型場效應管工作原理iD = 0dgsP+P+R( (b) ) UGS(off) uGS 0VGGiD = 0dgs( (c) ) uGS UGS(off)VGGP+P+uGD = UGS(off)？R2. uGS為為UGS(off)0中一固定值時中一固定值時, uDS 對漏極電流對漏極電流iD的影響。的影響。iD = 0dgsP+P+N型型溝溝道道( (a) ) uDS = 0VGG導電溝道由導電溝道由uGS確定，確定， iD =0( (b) ) u

29、DS 由零逐漸增加由零逐漸增加iD隨隨uDS的增大而的增大而線性線性增大增大，d-s呈現(xiàn)電阻特呈現(xiàn)電阻特性；導電溝道從性；導電溝道從s極到極到d極逐漸變寬極逐漸變寬gdsNiSiDuDSVGG P+P+iD決定決定于于uDSuGD= uGS -uDS 漏極一邊的耗盡層出現(xiàn)夾漏極一邊的耗盡層出現(xiàn)夾斷區(qū)，稱斷區(qū)，稱uGD = UGS(off)為預為預夾斷夾斷夾斷區(qū)加長，夾斷區(qū)加長，iD 幾乎僅決幾乎僅決定于定于uGS，表現(xiàn)出恒流特性，表現(xiàn)出恒流特性uDSuGDgdsNiSiDuDSVGG( (c) ) uGD = UGS(off)P+P+gdsiSiDuDSVGG( (d) ) uGD UGS(o

30、ff)P+iD決定決定于于uGS3.當當uGD UGS(off)時時 , uGS 對漏極電流對漏極電流iD的控制作用的控制作用場效應管為電壓控制元件場效應管為電壓控制元件(VCCS)。3.當當uGD UGS(off)時時 , uGS 對漏極電流對漏極電流iD的控制作用的控制作用 在在uGD uGS(off)情況下情況下, 對應于不同的對應于不同的uGS ，d-s間等效成間等效成(2)當當uDS使使uGDuGS(off)時，時，d-s之間之間預夾斷預夾斷(3)當當uGD uGS(off)uGD uGS(off)uGS0，就可以形成漏極電，就可以形成漏極電流流iD。在柵極下方導電溝道中的電。在柵極

31、下方導電溝道中的電子，因與子，因與P型區(qū)的載流子空穴極性型區(qū)的載流子空穴極性相反，故稱為相反，故稱為反型層。反型層。隨著隨著uGS的繼續(xù)增加，反型層變厚，的繼續(xù)增加，反型層變厚，iD增加。增加。uGS 0 g吸引電子吸引電子 反型層反型層 導電溝道導電溝道uGS 反型層變厚反型層變厚 uDS iD （2）漏源電壓）漏源電壓uDS對漏極電流對漏極電流iD的控制作用的控制作用（a）若）若uGSUGS(th)且固定為某一值且固定為某一值:uDS=uDGuGS=uGDuGSuGD=uGSuDSuDS為為0或較小時，或較小時， uGD=uGSuDS UGS(th)，此時此時uDS 基本均勻降落在溝道中，

32、溝基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。這時道呈斜線分布。這時iD隨隨uDS增大。增大。uDS iD uDSuGS-UGS(th)uGS為大于為大于UGS(th)的某一值時的某一值時, uDS對對iD的影響的影響)()(thGSGSDSUuua )()(thGSGSDSUuub )()(thGSGSDSUuuc 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)預夾斷預夾斷恒流區(qū)恒流區(qū)(a) 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS 0；UGS 正、負、零均可正、負、零均可iD/mAuGS /VOUGS(off)( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDSS( (b) )輸出特性輸出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=0 3 V 1

33、V 2 V432151015 20N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場效應管場效應管三個區(qū)：可變電阻區(qū)、三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)。恒流區(qū)、夾斷區(qū)。種種 類類符符 號號轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線 結(jié)型結(jié)型N 溝道溝道耗耗盡盡型型 結(jié)型結(jié)型P 溝道溝道耗耗盡盡型型 絕緣絕緣柵型柵型 N 溝道溝道增增強強型型sgdsgdiDUGS= 0V uDS 0 0sgdBuGSiD0UGS(th)各類場效應管的符號和特性曲線各類場效應管的符號和特性曲線+UGS = UGS(th)uDSiD+0iDUGS= 0V uDSOuGSiDUGS(off)IDSSuGSiDUGS(off)IDSS種種 類類符符 號號轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線絕緣絕緣柵型柵型N 溝道溝道耗耗盡盡型型絕緣絕緣柵型柵型P 溝道溝