模電常用半導(dǎo)體器件

1、1第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件2第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管1.4 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.5 1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管1.6 1.6 集成電路中的元件集成電路中的元件31.1 1.1 半導(dǎo)體基本知識(shí)半導(dǎo)體基本知識(shí)1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3 PN1.1.3 PN結(jié)結(jié)4u物質(zhì)按導(dǎo)電性能分類物質(zhì)按導(dǎo)電性能分類 導(dǎo)導(dǎo) 體體 (Conductor) 半導(dǎo)

2、體半導(dǎo)體 (Semiconductor) 絕緣體絕緣體 (Insulator)u電導(dǎo)率（電導(dǎo)率（Scm-1 ) 導(dǎo)體導(dǎo)體 105 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 10-9 102 絕緣體絕緣體 10-22 10-14u半導(dǎo)體半導(dǎo)體 -硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、碳化鎵、硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、碳化鎵、 重?fù)诫s多晶硅等。重?fù)诫s多晶硅等。51.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體(Intrinsic Semiconductor) (1)(1)本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)(2)(2)本征半導(dǎo)體的本征半導(dǎo)體的載流子載流子(3)(3)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中載流子的濃度中載流子的濃度本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體純凈的晶

3、體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體 v 制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到 99.9999999%99.9999999%。 -硅、鍺。硅、鍺。半導(dǎo)體是構(gòu)成當(dāng)代電子器件的基礎(chǔ)材料。半導(dǎo)體是構(gòu)成當(dāng)代電子器件的基礎(chǔ)材料。6 (1(1）本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)）本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)-晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)四價(jià)元素四價(jià)元素在原子最外層軌道上的四個(gè)在原子最外層軌道上的四個(gè)價(jià)電子價(jià)電子。共共 價(jià)價(jià) 鍵鍵相鄰原子共有電子對(duì)。相鄰原子共有電子對(duì)。由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共

4、價(jià)鍵中自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴留有一個(gè)空位置，稱為空穴 自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。共價(jià)鍵共價(jià)鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。的濃度加大。7 （2 2）本征半導(dǎo)體的）本征半導(dǎo)體的載流子載流子-電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)l載流子載流子(Carrier) ：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中獲得運(yùn)動(dòng)能量的帶電粒子。：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中獲得運(yùn)動(dòng)能量的帶電粒子。l有溫度環(huán)境有溫度環(huán)境

5、就有載流子。就有載流子。l絕對(duì)零度絕對(duì)零度（-2730C）時(shí)晶體中無(wú)自由電子。）時(shí)晶體中無(wú)自由電子。熱激發(fā)（本征激發(fā)）熱激發(fā)（本征激發(fā)） 本征激發(fā)本征激發(fā) 和溫度有關(guān)和溫度有關(guān) 會(huì)成對(duì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)會(huì)成對(duì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)- 自由電子自由電子(Free Electron)- 空空 穴穴(Hole)兩種載流子兩種載流子8因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)。9 自由電子的定向運(yùn)自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們形成空穴電流，它們的方向相反。的

6、方向相反。 自由電子和空自由電子和空穴稱為穴稱為載流子載流子。10 （3 3）本征半導(dǎo)體中載流子的濃度）本征半導(dǎo)體中載流子的濃度溫度升高溫度升高熱運(yùn)動(dòng)加劇熱運(yùn)動(dòng)加劇載流子增多載流子增多本征半導(dǎo)體中載流子的濃度很低本征半導(dǎo)體中載流子的濃度很低, ,導(dǎo)電性能很差。導(dǎo)電性能很差。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度與溫度密切相關(guān)。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度與溫度密切相關(guān)。111.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體(1) N(1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(2) P(2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的

7、導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。12+4+4+5+4多子多子(Majority)：自由電子：自由電子(Free Electron) -由摻雜形成由摻雜形成少子少子(Minority)：空：空 穴穴(Hole) -由熱激發(fā)形成由熱激發(fā)形成 一一. N. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體) ) 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)(Donor impurities) ： 摻入摻入五價(jià)五價(jià)元素，如磷元素，如磷(P)、砷、砷(As)、銻、銻(Sb)。 正離子狀態(tài)：正離子狀態(tài)： 失去多余電子后束縛在晶格內(nèi)不能移動(dòng)。失去多余電子后束縛在晶格內(nèi)不能移動(dòng)。

8、多余電子多余電子磷原子磷原子 電子比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多電子比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？了？少了？為什么？13二二. P. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體) ) 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)(Acceptor impurities) ： 摻入摻入三價(jià)三價(jià)元素，如硼元素，如硼(B)、鋁、鋁(Al)、銦、銦(In)。 負(fù)離子狀態(tài)：負(fù)離子狀態(tài)： 易接受其它自由電子。易接受其它自由電子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子多子多子(Majority)：空：空 穴穴(Hole) -由摻雜形成由摻雜形成少子少子(Minority)：自由電子：自由電子(Free Electron) -由熱激發(fā)

9、形成由熱激發(fā)形成 空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？了？少了？為什么？14問(wèn)題問(wèn)題1 1、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力由誰(shuí)決定？為什么用雜質(zhì)、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力由誰(shuí)決定？為什么用雜質(zhì)半導(dǎo)體制作器件？半導(dǎo)體制作器件？2 2、雜質(zhì)半導(dǎo)體多子濃度由什么決定？、雜質(zhì)半導(dǎo)體多子濃度由什么決定？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體少子濃度由什么決定？雜質(zhì)半導(dǎo)體少子濃度由什么決定？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多子的濃度取決于摻雜濃度；多子的濃度取決于摻雜濃度

10、；少子的濃度取決于溫度變化。少子的濃度取決于溫度變化。 3、在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，少子與多子變化在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？151.1.3 PN1.1.3 PN結(jié)結(jié) 一、一、 PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成二、二、 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦匀?、三?PNPN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程四、四、 PNPN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性五、五、 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的 核心結(jié)構(gòu)。核心結(jié)構(gòu)。 PN結(jié)是指使用半導(dǎo)體工藝使結(jié)是指使用半導(dǎo)體工藝使N型和

11、型和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 結(jié)合處結(jié)合處所形成的所形成的 特殊結(jié)構(gòu)。特殊結(jié)構(gòu)。 PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的結(jié)是半導(dǎo)體器件的 心臟。心臟。16一、一、PN結(jié)的形成結(jié)的形成 物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)，不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)，不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的

12、繼續(xù)進(jìn)行。續(xù)進(jìn)行。17PN結(jié)的形成結(jié)的形成 因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。 參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向區(qū)向P區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。區(qū)運(yùn)動(dòng)。18半導(dǎo)體中的電流半導(dǎo)體中的電流 半導(dǎo)體中有半導(dǎo)體中有 兩種電流兩

13、種電流 漂移漂移電流電流(Drift Current) 由載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流由載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流 擴(kuò)散擴(kuò)散電流電流(Diffusion Current) 由載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流由載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流電流方向電流方向空穴電流的方向與運(yùn)動(dòng)方向一致，空穴電流的方向與運(yùn)動(dòng)方向一致，電子電流的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。電子電流的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。 -所以總電流方向仍然一致。所以總電流方向仍然一致。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)：由電由電場(chǎng)力引起的載流場(chǎng)力引起的載流子定向運(yùn)動(dòng)子定向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由由于載流子濃度不于載流子濃度不均勻（濃度梯度）均勻（濃度梯度）造成的運(yùn)動(dòng)造成的運(yùn)動(dòng)19PNP

14、N結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別形成分別形成N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 因濃度差因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由由雜質(zhì)離子形成雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 多子的多子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡20PN結(jié)建立在在結(jié)建立在在N型型和和P型半導(dǎo)體的結(jié)型半導(dǎo)體的結(jié)合處，由于擴(kuò)散運(yùn)合處，由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，失空穴和電子動(dòng)，失空穴和電子后形成不能移動(dòng)

15、的后形成不能移動(dòng)的負(fù)離子和正離子狀負(fù)離子和正離子狀態(tài)。態(tài)。PN結(jié)稱為結(jié)稱為 -空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 耗盡層耗盡層、 阻擋層阻擋層。PN結(jié)很窄（幾個(gè)到結(jié)很窄（幾個(gè)到幾十個(gè)幾十個(gè) m)。21二、二、 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦酝饧与妷菏雇饧与妷菏筆NPN結(jié)中：結(jié)中： P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱正偏正偏； 若外加正向電壓，使電流從若外加正向電壓，使電流從P P區(qū)流到區(qū)流到N N區(qū)，區(qū)， PNPN結(jié)呈結(jié)呈低阻性，所以電流大；低阻性，所以電流大；P P區(qū)的電位低于區(qū)的電位低于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加反向電壓反向

16、電壓，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱反偏反偏。 若外加反向電壓，若外加反向電壓，PNPN結(jié)呈高阻性，所以電流小；結(jié)呈高阻性，所以電流??；22 1 1） PNPN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 正向偏置正向偏置P接電源正，接電源正，N接電源負(fù)接電源負(fù) 外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反（削弱內(nèi)電場(chǎng)），使（削弱內(nèi)電場(chǎng)），使 PN結(jié)變窄。結(jié)變窄。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。 稱為稱為“正向?qū)ㄕ驅(qū)ā薄?3 反向偏置反向偏置 P接電源負(fù)，接電源負(fù)，N接接電源正電源正 外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同（增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)），相同（增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)），使使PN結(jié)變寬。結(jié)變寬。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移

17、運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 稱為稱為“反向截止反向截止” 2). PN2). PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 在一定的溫度條件下在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱這個(gè)電流也稱為為反向飽和電流反向飽和電流。 24PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦哉蛱匦哉蛱匦苑聪蛱匦苑聪蛱匦詺w納歸納外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)，外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)，PN結(jié)電阻小，結(jié)電阻小， 電流大，導(dǎo)通；電流大，導(dǎo)通；I的大小與外加電壓

18、有關(guān)；的大小與外加電壓有關(guān)；外電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)，結(jié)電阻大，反向電流很小，截止；外電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)，結(jié)電阻大，反向電流很小，截止；I反反的大小與少子的數(shù)量有關(guān)，與溫度有關(guān)。的大小與少子的數(shù)量有關(guān)，與溫度有關(guān)。P（+），），N（-）P（-），），N（+）25三、三、PNPN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程1)(UTkT/q：電壓溫度當(dāng)量：電壓溫度當(dāng)量 -T=300K時(shí)，時(shí)，UT26mVIS：反向飽和電流：反向飽和電流TUuSeIi 正向特性：正向特性： u0 uUT時(shí)，時(shí)， ，按指數(shù)規(guī)律快速增加。，按指數(shù)規(guī)律快速增加。反向特性：反向特性：uUT 時(shí)，時(shí)，i-IS，恒定不變。，恒定不變。26四、四、 PNPN結(jié)

19、的伏安特性結(jié)的伏安特性u(píng)iU(BR)0u0，ui正向特性正向特性反向特性反向特性|u|U（BR），），反向擊穿反向擊穿u0， i-IS，恒，恒定不變定不變按指數(shù)規(guī)律按指數(shù)規(guī)律快速增加快速增加27PN結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿電擊穿：電擊穿： -當(dāng)當(dāng) |u |自由電子變回價(jià)電子自由電子變回價(jià)電子反向電流反向電流。 -可逆?？赡?。熱擊穿：熱擊穿： -電流很大，燒壞電流很大，燒壞PNPN結(jié)。結(jié)。 -不可逆。不可逆。-兩種擊穿兩種擊穿28齊納擊穿：齊納擊穿：雪崩擊穿：雪崩擊穿：電擊穿的描述：電擊穿的描述： 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 高摻雜，高摻雜， PN結(jié)窄，結(jié)窄， 負(fù)溫度系數(shù)，負(fù)溫度系數(shù)， 常發(fā)生于小于常發(fā)生于小于5伏電

20、壓的擊穿時(shí)（隧道效應(yīng)）伏電壓的擊穿時(shí)（隧道效應(yīng)） 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 低摻雜，低摻雜， PN結(jié)寬，結(jié)寬， 正溫系數(shù)，正溫系數(shù)， 常發(fā)生于大于常發(fā)生于大于7伏電壓的擊穿時(shí)（雪崩效應(yīng)）伏電壓的擊穿時(shí)（雪崩效應(yīng)） 在（在（ 57）V擊穿發(fā)生時(shí)，兩種擊穿機(jī)理都有。擊穿發(fā)生時(shí)，兩種擊穿機(jī)理都有。 溫度系數(shù)可達(dá)到最小。溫度系數(shù)可達(dá)到最小。29五、五、 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) PNPN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。因素決定。 一是勢(shì)壘電容一是勢(shì)壘電容Cb ， 二是擴(kuò)散電容二是擴(kuò)散電容Cd 。301. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度

21、將發(fā)結(jié)外加電壓變化時(shí)，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(guò)程，與電容的充生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路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(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容釋放的過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)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?/p>

22、性！程度，則失去單向?qū)щ娦裕?1 Cb和和 Cd 均在均在PF量級(jí)：量級(jí)： Cb 一般在幾一般在幾 幾十幾十PF。 Cd 一般在幾十一般在幾十 幾百幾百PF 利用結(jié)電容可制成利用結(jié)電容可制成 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管。32問(wèn)題 為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？改善導(dǎo)電性能？ 為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ 為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？為什

23、么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？331.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)1.2.4二極管的等效電路二極管的等效電路1.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)1.2.6 其它類型二極管其它類型二極管1.2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管34小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管1.2.1 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)PNPN結(jié)結(jié) + + 引線引線 + + 封裝封裝 = = 二極管。二極管。PN陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極D35二極管結(jié)構(gòu)類型二極管結(jié)構(gòu)類型(1

24、) (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。36用于集成電路制造工用于集成電路制造工藝中。藝中。PN PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(3) (3) 平面型二極管平面型二極管(2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。371.2.2 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性1)(eTSUuIiuiU(BR)0UonIS20開(kāi)啟開(kāi)啟電壓電壓反向飽反向飽和電流

25、和電流擊穿擊穿電壓電壓材料材料開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流硅硅Si Si0.5V0.5V0.50.8V0.50.8V1A1A以下以下鍺鍺GeGe0.1V0.1V0.10.3V0.10.3V幾十幾十AA382. 2.反向特性反向特性硅：硅：Is0時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通當(dāng)當(dāng)ua-ubUon時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通當(dāng)當(dāng)ua-ubUon時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通當(dāng)當(dāng)ua-ubUb時(shí)，時(shí)，D1止，表現(xiàn)出反向特性，止，表現(xiàn)出反向特性，當(dāng)當(dāng)Ua-UbUZ時(shí)，時(shí)，DZ通通，表現(xiàn)出反向擊穿特性。，表現(xiàn)出反向擊穿特性。當(dāng)當(dāng)Ua-UbUZ時(shí)，時(shí)，DZ止，電流為止，電流為0，未擊穿，未擊穿，DZD1UZrdabD

26、Z，UZ，rd是反向特性的等效電路是反向特性的等效電路D1是正向特性的等效電路是正向特性的等效電路當(dāng)當(dāng)Ua7V， 0，雪崩擊穿，雪崩擊穿UZ4V， 基區(qū)摻基區(qū)摻雜濃度雜濃度3. 3. 集電區(qū)尺寸集電區(qū)尺寸 發(fā)射區(qū)尺寸，發(fā)射區(qū)尺寸，集電區(qū)摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度 VB VEVCVB VEB（P）C（N）IBIEICNPN型三極管型三極管E（N）IBIEICPNP型三極管型三極管C（P）B（N）E（P）66一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（uI=0）VBBNPNIENIBNICBOIEPRbRCVCCICIBIEICN1. 1.發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散

27、運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流成發(fā)射極電流IE（發(fā)射載流子）（發(fā)射載流子）擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流IEN、IEP2. 2.擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB復(fù)合電流復(fù)合電流IBN3. 3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流（收集載流子）形成集電極電流（收集載流子）漂移電流漂移電流ICN4. 4.集電極的反向電流集電極的反向電流反向飽和電流反向飽和電流ICBO大大小小極小極小大大67二、晶體管的電流分配關(guān)系二、晶體管的電流分配關(guān)系CBEIIIVBBNPNIENIBNICBOIEPRbRCVCCICIBIEICN68三、

28、晶體管的共射電流放大系數(shù)三、晶體管的共射電流放大系數(shù)定義：定義：BCNII稱為稱為共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)1CBOBCBOCBCNIIIIII)(1)(則：則：ICEO=(1+)ICBO稱為稱為穿透電流穿透電流VBBNPNIENIBNICBOIEPRbRCVCCICIBIEICN69VBBNPNIENIBNICBOIEPRbRCVCCICIBIEICN)(1故：故：BCII BEII)1 ( CBOBII 1因：因：70設(shè)輸入設(shè)輸入uI，則產(chǎn)生，則產(chǎn)生iB 和和iC定義：定義：BCii稱為稱為共射交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)的關(guān)系：的關(guān)系：和和CCCiIiBBBiIi設(shè)

29、集電極電流由設(shè)集電極電流由Ic變化到變化到IC+iC時(shí)，時(shí)，基本不變基本不變則：則：所以：所以：BCii)()(注意：注意：與與在概念上不在概念上不同，在數(shù)值上近似相等。同，在數(shù)值上近似相等。71共基電流放大系數(shù)：共基電流放大系數(shù)：定義：定義：稱為稱為共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)的關(guān)系：的關(guān)系：和和CBOBCCBOECBOCNCIIIIIIII)(CBOBCIII111稱為稱為共基交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)CBOBCIII)1 (與與 比較比較1得得1或或72晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線測(cè)試線路測(cè)試線路（共發(fā)射極電路）（共發(fā)射極電路） 輸入特性：輸入特性： 輸

30、出特性：輸出特性：發(fā)射結(jié)電壓發(fā)射結(jié)電壓uBE與基與基極電流極電流iB的關(guān)系；的關(guān)系；集電極電流集電極電流iC與管與管壓降壓降uCE的關(guān)系。的關(guān)系。e(N)c(N)b(P)+-uOuI-VBBRbRcVCCmA AVVuCEuBERBiBECEBRCiC731.3.3 1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線一、輸入特性曲線一、輸入特性曲線1VUCE1V，曲線基本重合，曲線基本重合原因：原因：UCE增大到一定程度，集電區(qū)收集載流子能力足夠強(qiáng)，增大到一定程度，集電區(qū)收集載流子能力足夠強(qiáng)，再增加再增加UCE，IC亦不再增加，曲線基本不變。亦不再增加，曲線基本不變。iBuBEO常數(shù)CEUB

31、EBufi)(ECBiBuBE+-UCE=0UCE=0，與二極管的正向特性曲線類似，與二極管的正向特性曲線類似原因：相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)。原因：相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)。0.5VUCE增大，曲線右移增大，曲線右移原因：原因：UCE增大，集電區(qū)收集載流子能力增強(qiáng)，增大，集電區(qū)收集載流子能力增強(qiáng)，IC增加，相增加，相應(yīng)地，基區(qū)復(fù)合掉的載流子數(shù)量減少，應(yīng)地，基區(qū)復(fù)合掉的載流子數(shù)量減少，IB減少，曲線右移。減少，曲線右移。開(kāi)啟電壓與導(dǎo)通電壓的開(kāi)啟電壓與導(dǎo)通電壓的概念同二極管概念同二極管uBE iB 74二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線取取IB=IB2，起始部分很陡，起始部分很陡， UCE1V后，較平坦。后

32、，較平坦。原因：原因：UCE較小時(shí)，較小時(shí)， UCE增加，集電區(qū)收集能力增強(qiáng)，使增加，集電區(qū)收集能力增強(qiáng)，使IC增強(qiáng)；增強(qiáng)；UCE1V后，集電區(qū)收集能力足夠大，后，集電區(qū)收集能力足夠大，IC不再增強(qiáng)。不再增強(qiáng)。IB取不同的值，可得到一組曲線。取不同的值，可得到一組曲線。原因：原因： 相同相同UCE下，下，IB增加，增加， IC增加，曲線上移。增加，曲線上移。常數(shù)BICECufi)(iCuCEECB+-uCEiC0IB=0IB1IB2IB3IB4IB575晶體管的三個(gè)工作區(qū)域晶體管的三個(gè)工作區(qū)域放大區(qū)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏特點(diǎn)：特點(diǎn)：iC=IB； uCE增加，增加

33、，iC基本不變基本不變截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓壓Uon集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。特點(diǎn)特點(diǎn)：IB=0，iCICEO飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏特點(diǎn)：特點(diǎn)：uCEPCM時(shí)，管子時(shí)，管子被損壞被損壞uCEiC0過(guò)損耗區(qū)ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)78iBuBE6020 OUBE1UBE2uCEiC0IB=0IB1IB1IB2IB2IB3IB36020 iCiCICEO1.3.5 1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響2. 2.溫度對(duì)溫度對(duì)ICBO(ICEO )的影響。的影響。溫度增加，使溫度增加，使IC

34、BO增加增加- ICEO增加。增加。iBuBE6020 OUBE1UBE2溫度增加，輸入曲線左移。溫度增加，輸入曲線左移。1.溫度對(duì)輸入曲線的影響。溫度對(duì)輸入曲線的影響。BEBBBE uiiu不變時(shí)，即不變時(shí)溫度增加，輸出曲線上移溫度增加，輸出曲線上移- 增加。增加。3.溫度對(duì)輸出曲線的影響。溫度對(duì)輸出曲線的影響。ICBEBBBECEO )(uiiuIT不變時(shí)，即不變時(shí)79例例1.3.1 測(cè)得電路中各晶體管各極的電位，判斷各管的工作狀態(tài)測(cè)得電路中各晶體管各極的電位，判斷各管的工作狀態(tài)T107 . 0VUBE發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏05 VUCB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 放大放大T207 . 0VUBE

35、發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏03 . 0VUCB集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏 飽和飽和T307 . 0VUBE發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏01 VUCB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 放大放大T40BEU發(fā)射結(jié)零偏發(fā)射結(jié)零偏015 VUCB集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 截止截止解：解：判據(jù)：發(fā)射結(jié)正偏，且判據(jù)：發(fā)射結(jié)正偏，且UBEUon，集電結(jié)反偏；放大，集電結(jié)反偏；放大 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏；發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏； 飽和飽和 發(fā)射結(jié)反偏，或發(fā)射結(jié)反偏，或UBEUon，集電結(jié)反偏，則有可能工作在放大狀態(tài)，集電結(jié)反偏，則有可能工作在放大狀態(tài)發(fā)射結(jié)正且發(fā)射結(jié)正且Uon，集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)零偏發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)零偏

36、有可能有可能無(wú)可能無(wú)可能RbRc1.5V-6VReRc-6V84放大、開(kāi)關(guān)。放大、開(kāi)關(guān)。電流控制器件，電流控制器件，有電流放大作用。有電流放大作用。三極管的主要特點(diǎn)三極管的主要特點(diǎn)三極管的應(yīng)用三極管的應(yīng)用85習(xí)題習(xí)題（寫在作業(yè)本上）（寫在作業(yè)本上）P70: 1.9, 1.10, 1.11思考題：思考題：P39 自測(cè)題：自測(cè)題：P67861.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管(Field Effect Transistor ) -FET分類：分類：結(jié)型（結(jié)型（N溝道、溝道、P溝道）溝道） 絕緣柵型絕緣柵型 增強(qiáng)型（增強(qiáng)型（N溝道、溝道、P溝道）溝道） 耗盡型（耗盡型（N溝道、溝道、P溝道）溝道）場(chǎng)效應(yīng)管是一種

37、利用場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的半導(dǎo)來(lái)控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用有體器件。其作用有放大放大、開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)、可變電阻可變電阻。87場(chǎng)效應(yīng)管是一種不同于雙極型晶體管（場(chǎng)效應(yīng)管是一種不同于雙極型晶體管（BJT）的）的一種半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件。 雙極型晶體管（雙極型晶體管（BJT） 有兩種載流子（多子、少子）有兩種載流子（多子、少子） 場(chǎng)效應(yīng)管（場(chǎng)效應(yīng)管（FET） 有一種載流子（多子）有一種載流子（多子）工作機(jī)工作機(jī)理不同理不同 雙極型晶體管（雙極型晶體管（BJT） 電流控制方式電流控制方式 場(chǎng)效應(yīng)管（場(chǎng)效應(yīng)管（FET） 電壓控制方式電壓控制方式控制方控制方式不同式不同881.4

38、.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）JFET分類及符號(hào)分類及符號(hào)gdsN溝道溝道gdsP溝道溝道89耗盡層耗盡層NPsgd結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖上面的上面的P型區(qū)和下面的型區(qū)和下面的P型襯底連在一起，引出電極稱為型襯底連在一起，引出電極稱為柵極柵極G；兩邊的兩邊的N型區(qū)各引出一個(gè)電極稱為型區(qū)各引出一個(gè)電極稱為源極源極S和和漏極漏極D；中間的中間的N型區(qū)稱為型區(qū)稱為導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道（內(nèi)有很多電子，在外加電壓作用下（內(nèi)有很多電子，在外加電壓作用下移動(dòng)形成電流）；移動(dòng)形成電流）；兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)結(jié) 實(shí)際結(jié)構(gòu)圖實(shí)際結(jié)構(gòu)圖N+s源極源極g柵極柵極d 漏極漏極PPN+N溝道溝道襯底襯底JFET結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)9

39、0一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理1. uDS=0，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用uGS=0，PN結(jié)零偏，導(dǎo)電溝道很寬；結(jié)零偏，導(dǎo)電溝道很寬；UGS(off)：夾斷電壓：夾斷電壓（注意是一個(gè)負(fù)值）（注意是一個(gè)負(fù)值）UGSUGS(off)0時(shí)，溝道仿佛被時(shí)，溝道仿佛被夾斷夾斷；uGS0，溝道兩端有電壓差，產(chǎn)生，溝道兩端有電壓差，產(chǎn)生iD；由于柵極與溝道中各點(diǎn)電壓；由于柵極與溝道中各點(diǎn)電壓 不同，不同，uGDuGS0，溝道呈楔形，漏極窄，源極寬。，溝道呈楔形，漏極窄，源極寬。sgdVGG(uGS)VDDiD當(dāng)當(dāng)uGS為為UGS(off) 0 中某一固定值時(shí)，中某

40、一固定值時(shí)，(UGS(off) uGS 0)uDS=0，溝道兩端無(wú)電壓，溝道兩端無(wú)電壓，iD=0；iD=0sgdVGGuGSPP92uDS增加，增加，iD隨之線性增加，隨之線性增加，ds間呈現(xiàn)間呈現(xiàn)電阻性電阻性；電阻的大小，決定；電阻的大小，決定于溝道寬度，即決定于于溝道寬度，即決定于uGS。uDSiDO可變可變電阻電阻rD2=1/k2rD1=1/k1uGS2uGS1sgdVGG(uGS)VDDiD93預(yù)夾斷之后預(yù)夾斷之后，uDS增加，增加的電壓幾乎全部落在夾斷區(qū)，增加，增加的電壓幾乎全部落在夾斷區(qū)，溝道兩端的電壓幾乎不變，溝道兩端的電壓幾乎不變，iD幾乎不變，呈現(xiàn)出幾乎不變，呈現(xiàn)出恒流特性恒

41、流特性；sgVGG(uGS)VDDiD(uDS)uDS再增加，再增加，uGD減小，當(dāng)減小，當(dāng)uGD=uGS（off）時(shí)，漏極一端產(chǎn)生夾時(shí)，漏極一端產(chǎn)生夾斷，稱為斷，稱為預(yù)夾斷預(yù)夾斷；d(uDS)sgVGG(uGS)VDDiD結(jié)論：結(jié)論： uGS 一定時(shí)，一定時(shí)， (UGS(off) uGS 0 )。 uDS增加使溝道產(chǎn)生預(yù)夾斷，預(yù)夾斷之前，增加使溝道產(chǎn)生預(yù)夾斷，預(yù)夾斷之前，ds間呈電阻性；間呈電阻性； 預(yù)夾斷之后，預(yù)夾斷之后，ds間電流呈飽和性。間電流呈飽和性。943. uGDuGS(off)（預(yù)夾斷之后）預(yù)夾斷之后），uGS對(duì)對(duì)iD的控制作用的控制作用結(jié)論：即預(yù)夾斷之后，結(jié)論：即預(yù)夾斷之后，

42、uGS變化，會(huì)使變化，會(huì)使iD發(fā)生變化。發(fā)生變化。uGS越負(fù)，溝道越窄，越負(fù)，溝道越窄，iD越小。越小。uDSiDO可變可變電阻電阻恒流恒流uGS1uGS2sgVGG(uGS)VDDiD(uDS)95定義：定義：GSDmuig稱為稱為低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)顯然，顯然，uGS會(huì)引起會(huì)引起iD，為了反映變化量之間的關(guān)系，為了反映變化量之間的關(guān)系結(jié)論：結(jié)論： (1) 當(dāng)預(yù)夾斷之前，對(duì)應(yīng)于不同的當(dāng)預(yù)夾斷之前，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，ds間等效成不同間等效成不同 的電阻；的電阻； (2) 當(dāng)預(yù)夾斷之后，對(duì)應(yīng)于不同的當(dāng)預(yù)夾斷之后，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，會(huì)產(chǎn)生不同的，會(huì)產(chǎn)生不同的iD， 可以把可以把iD看成受看成受uG

43、S控制的電流源；控制的電流源； (3) 預(yù)夾斷條件：預(yù)夾斷條件： uGD=uGS（off）即即 uGS-uDS=uGS（off)96二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線1. 輸出特性曲線輸出特性曲線常量GSUDSDufi)(uDSiD-4VO-3V-2V-1VUGS=0可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒恒流流區(qū)區(qū)擊擊穿穿區(qū)區(qū) 原因：原因：uDSuGS(off)未產(chǎn)生夾斷，未產(chǎn)生夾斷， 溝道溝道 呈電阻性。呈電阻性。uGS不同，溝道寬度不同，電阻不同，溝道寬度不同，電阻不同不同。可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)特點(diǎn)：特點(diǎn)：uDS增加，增加，iD增加，呈電增加，呈電 阻性；

44、不同的阻性；不同的UGS，斜率，斜率 不同，電阻不同不同，電阻不同97uDSiD-4VO-3V-2V-1VUGS=0可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒恒流流區(qū)區(qū)擊擊穿穿區(qū)區(qū)恒流恒流區(qū)區(qū)特點(diǎn)：特點(diǎn)：iD基本不變；基本不變；UGS不同，不同，iD 不同；不同；原因原因：uDSuGS-UGS(off)，產(chǎn)生預(yù)，產(chǎn)生預(yù) 夾斷，夾斷，iD基本不變；基本不變； UGS不同，溝道寬度不同，不同，溝道寬度不同， iD不同不同變阻區(qū)和恒流區(qū)的界限：變阻區(qū)和恒流區(qū)的界限： uDS=uGS-UGS(off)，即，即 uGD=UGS(off)。98uDSiD-4VO-3V-2V-1VUGS=0可可

45、變變電電阻阻區(qū)區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒恒流流區(qū)區(qū)擊擊穿穿區(qū)區(qū)夾斷夾斷區(qū)區(qū)特點(diǎn)：特點(diǎn)： iD0原因原因： uGSuGS-UGS(off) -狀態(tài)：狀態(tài)：D-SD-S間相當(dāng)于一大小由間相當(dāng)于一大小由uGS控制的壓控電流源；控制的壓控電流源； 夾斷區(qū)夾斷區(qū)： -條件：條件： uGS UGS(off) -狀態(tài)：狀態(tài)： iD=0。101常量GS)(DSDUufig-s電壓控電壓控制制d-s的等的等效電阻效電阻結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性常量DSGSDmUuig預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒恒流流區(qū)區(qū)iD幾乎僅決幾乎僅決定于定于uGS擊擊穿

46、穿區(qū)區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓夾斷電壓IDSSiD 不同型號(hào)的管子不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。將不同。低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)：102由輸出特性曲線，可得轉(zhuǎn)移特性曲線。由輸出特性曲線，可得轉(zhuǎn)移特性曲線。 UGS(off) uGS0，且，且uGS越負(fù)，越負(fù)，iD越小。越小。在恒流區(qū)，在恒流區(qū)，uDS變化時(shí)，變化時(shí)，iD幾乎不變，故不同的幾乎不變，故不同的UDS對(duì)應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)曲線 幾乎重合，只畫一條即可。幾乎重合，只畫一條即可。當(dāng)當(dāng)uGSUGS(off)時(shí)，全夾斷，時(shí)，全夾斷，iD=0。uGS=0對(duì)應(yīng)的電流為對(duì)應(yīng)的電流為IDSS2.轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線常量DSUGS

47、Dufi)(iDIDSSuGSUGS(off)0-2-3-4uDSiD-4VO-3V-2V-1VUGS=0恒恒流流區(qū)區(qū)103電流方程：電流方程：2)()1 (offGSGSDSSDUuIi（UGS(off) uGS0）1041.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管管)特點(diǎn)：輸入電流更小，輸入電阻更大；便于集成特點(diǎn)：輸入電流更小，輸入電阻更大；便于集成分類：增強(qiáng)型（分類：增強(qiáng)型（N溝道、溝道、P溝道）溝道）耗盡型（耗盡型（N溝道、溝道、P溝道）溝道）一、一、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：N+N+sgdBP（襯底）（襯底）符號(hào)：符號(hào)：gsdBN溝道溝道gsdBP溝道溝道10

48、51工作原理工作原理 GS間開(kāi)路時(shí)間開(kāi)路時(shí)此時(shí)，漏源間有兩個(gè)背靠背的此時(shí)，漏源間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，結(jié)，因此因此DS間接什么電壓，都不會(huì)有電間接什么電壓，都不會(huì)有電流產(chǎn)生。即此時(shí)不存在導(dǎo)電溝道。流產(chǎn)生。即此時(shí)不存在導(dǎo)電溝道。uGS0，DS短接短接此時(shí)，柵極接正，襯底接負(fù)，襯底中的此時(shí)，柵極接正，襯底接負(fù)，襯底中的多子空穴被排斥到下方，上面形成耗盡多子空穴被排斥到下方，上面形成耗盡層。且層。且uGS越大，耗盡層越寬。越大，耗盡層越寬。NN耗盡層耗盡層PdgsuGSB通常源極和襯底是連在一起的通常源極和襯底是連在一起的N+N+sgdBP（襯底）（襯底）106當(dāng)當(dāng)uGS=UGS(th)時(shí)，襯底中的

49、少子電子被吸引到耗盡層，時(shí)，襯底中的少子電子被吸引到耗盡層，形成形成N型薄層，稱為型薄層，稱為反型層反型層。該反型層即。該反型層即導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道。uGS再再，則反型層加寬，溝道變寬。，則反型層加寬，溝道變寬。NN反型層反型層PdgsuGSBUGS(th)稱為稱為開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓。 uGSUGS(th)，uDS0uDS很小時(shí)，很小時(shí)，uGD = uGS-uDSUGS(th)，由于，由于S端端電壓低于電壓低于D端電壓，故端電壓，故S端溝道寬，端溝道寬，D端溝道端溝道窄，溝道仍呈楔型。窄，溝道仍呈楔型。溝道中的電子在溝道中的電子在uDS的作用下形成電流的作用下形成電流iD。且且uDSiD，呈現(xiàn)電阻

50、性。，呈現(xiàn)電阻性。電阻的大小與電阻的大小與uGS有關(guān)有關(guān)NNPdgsuGSBuDSiD107uGS對(duì)對(duì)iD的影響：的影響：uGS溝道寬度溝道寬度iD當(dāng)當(dāng)uDSuGD=UGS(th)時(shí)，時(shí)，D端反型層消失，溝道被夾斷，端反型層消失，溝道被夾斷，稱為預(yù)夾稱為預(yù)夾斷斷（因（因S端未被夾斷）；端未被夾斷）；NNPdgsuGSBuDSiDNNPdgsuGSBuDS預(yù)夾斷后，預(yù)夾斷后，uDS，夾斷長(zhǎng)度，夾斷長(zhǎng)度，增加的電壓，增加的電壓uDS大部分落在夾斷區(qū)，大部分落在夾斷區(qū)，溝道上電壓幾乎不溝道上電壓幾乎不，故，故iD基本不基本不，呈飽和性。，呈飽和性。iD1082特性曲線與電流方程特性曲線與電流方程輸出

51、特性曲線與結(jié)型類似，分為三個(gè)區(qū)。不同之處在于開(kāi)啟電壓輸出特性曲線與結(jié)型類似，分為三個(gè)區(qū)。不同之處在于開(kāi)啟電壓0。轉(zhuǎn)移特性曲線與結(jié)型形狀類似，但在第一象限，因開(kāi)啟電壓轉(zhuǎn)移特性曲線與結(jié)型形狀類似，但在第一象限，因開(kāi)啟電壓0。IDOiDuGSUGS(th)O2UGS(th)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uDSiDUGS=UGS(th)OUGS1UGS2UGS3=2UGS(th)可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡uDS=uGS-UGS(th)恒流區(qū)恒流區(qū)IDO方程：方程：2)() 1(thGSGSDODUuIi109二、二、N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵

52、場(chǎng)效應(yīng)管情況與增強(qiáng)型類似。不同的只是開(kāi)啟電壓不同。情況與增強(qiáng)型類似。不同的只是開(kāi)啟電壓不同。增強(qiáng)型增強(qiáng)型UGS(th)0，耗盡型，耗盡型UGS(off)0。uGSUGS(off)時(shí)，在時(shí)，在ds間加正壓，有電流間加正壓，有電流iD產(chǎn)生。產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型類似，只不過(guò)在二氧化硅中加入大量正離子，結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型類似，只不過(guò)在二氧化硅中加入大量正離子，故在故在uGS=0時(shí)，即有反型層存在。時(shí)，即有反型層存在。符號(hào)：符號(hào)：gsdBN溝道溝道gsdBP溝道溝道PdgsuGSBNN反型層反型層+ + + + + + + + +110uDSiDUGS=UGS(off) 0；增強(qiáng)型；增強(qiáng)型MOS管管UGS(th)0。特性曲線：特性曲線：將將N溝道對(duì)應(yīng)曲線旋轉(zhuǎn)溝道對(duì)應(yīng)曲線旋轉(zhuǎn)180度度 即得即得gdsVGGVDDiDRD+uI+uO113例：例：P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線gdsP溝道溝道iDuGSiDIDSSuGSUGS(off)P溝道溝道0uGSUGS(off)，iD0旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180度