模電第一章半導體器件

第一章半導體器件1.1半導體的基本知識1.2半導體二極管1.3半導體三極管1.4場效應(yīng)管1.5單結(jié)晶體管和晶閘管1.6集成電路中的元件在物理學中。根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體。硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。硅原子Si鍺原子Ge+4典型的半導體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。導體（低價元素）——半導體——絕緣體（高價元素）金、銀、銅、鐵等——硅、鍺、鎵等——橡膠、惰性氣體等1.1半導體的基本知識一.本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。

本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。束縛電子當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴?？昭ㄊ前雽w區(qū)別于導體的一個重要特點。自由電子空穴這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。電子空穴對可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復合在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：本征激發(fā)動畫演示導電機理自由電子帶負電荷電子流＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。在外加電場的作用下，電子和空穴會產(chǎn)生定向移動，形成電流而導電。小結(jié)：晶體中存在著兩種導電的離子（電子、空穴）二.雜質(zhì)半導體(1)

N型半導體(2)P型半導體在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。1.

N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素（如磷），可形成N型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。++++++++++++磷原子硅原子施主離子自由電子電子空穴對多余電子N型半導體在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2.

P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素（如硼、鎵、銦等）形成P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。P型半導體硅原子空穴硼原子－－－－－－－－－－－－電子空穴對空穴受主離子P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。N型半導體P型半導體++++++++++++－－－－－－－－－－－－雜質(zhì)半導體的示意圖多子—電子少子—空穴多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)，與摻雜無關(guān)多子濃度——與溫度無關(guān)，與摻雜有關(guān)三.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成在一塊本征半導體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成P型半導體和N型半導體。此時將在P型半導體和N型半導體的結(jié)合面上形成如下物理過程:兩側(cè)載流子存在濃度差雜質(zhì)離子不移動形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場促進少子漂移運動阻止多子擴散運動擴散和漂移達到動態(tài)平衡形成PN結(jié)多子擴散運動:空穴：P

N；電子N

P空穴和電子產(chǎn)生復合空間電荷區(qū)（PN結(jié)）PN內(nèi)電場耗盡層V0電位V電子勢能-qV0PN結(jié)的形成過程動畫演示REW2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴散運動＞漂移運動→多子擴散形成正向電流IF正向電流(2)加反向電壓（反偏）——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場加強內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流IRPN在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但IR與溫度有關(guān)。單向?qū)щ娦詣赢嬔菔綪N結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導通；PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴N結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的伏安（V-I）特性PN結(jié)的伏安特性是指在PN結(jié)兩端外加電壓時，通過PN結(jié)的電流大小與外加電壓之間關(guān)系的特性。如圖所示（硅二極管PN結(jié)）。根據(jù)理論推導，二極管的伏安特性曲線可用下式表示：式中IS

為反向飽和電流，u為外加電壓，UT=kT/q

稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q為電子電荷量，T為熱力學溫度。對于室溫（相當T=300K），則有UT=26mV。正向特性：指數(shù)規(guī)律擊穿特性：反向特性：反向阻斷（1）雪崩擊穿載流子獲得足夠的動能將共價鍵中的電子碰撞出來產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的載流子再去碰撞其他的中性原子又產(chǎn)生新的電子空穴對，這種碰撞電離稱為雪崩擊穿。（2）齊納擊穿阻擋層內(nèi)的場強非常高時（摻雜濃度高、阻擋層很薄、容易建立很強的場強）足以把阻擋層內(nèi)的中性原子的價電子直接從共價鍵中拉出來產(chǎn)生自由電子空穴對，這個過程稱為場致激發(fā)。場致激發(fā)產(chǎn)生大量的載流子使PN結(jié)的反向電流劇增呈反向擊穿現(xiàn)象叫齊納擊穿。4.PN結(jié)的電容效應(yīng)（1）勢壘電容Cb當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。(2)擴散電容Cd當外加正向電壓不同時，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子(稱非平衡少數(shù)載流子)的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當電容的充放電過程。電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來！極間電容（結(jié)電容）CjCj＝Cb＋Cd一.二極管常見的幾種結(jié)構(gòu)1.點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。1.2半導體二極管2.面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。3.平面型二極管用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。常見的半導體二極管半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。二.二極管的伏安（V－A）特性1.正向特性實驗曲線硅：0.5V鍺：

0.1V導通壓降反向飽和電流開啟電壓擊穿電壓UBR鍺uEiVmA2.反向特性uEiVuA硅：0.7V鍺：0.3V說明：1.二極管與PN結(jié)伏安特性的區(qū)別二者均具有單向?qū)щ娦裕捎诙O管存在半導體體電阻和引線電阻，正向偏置在電流相同的情況下，二極管端電壓大于PN結(jié)的端電壓，或者說在相同正向偏置下，二極管電流小于PN結(jié)電流；另外，二極管表面存在漏電流，其反相電流增大。2.溫度對二極管伏安特性的影響二極管的特性對溫度很敏感，環(huán)境溫度升高時，二極管正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。三.二極管的主要參數(shù)1.IF—最大整流電流(最大正向平均電流)2.UR—最高反向工作電壓，為U(BR)/23.IR

—反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?4.fM

—最高工作頻率(超過單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO影響工作頻率的原因—PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)論：1.低頻時，因結(jié)電容很小，對PN結(jié)影響很小。高頻時，因容抗小，使結(jié)電容分流，導致單向?qū)щ娦宰儾睢?.結(jié)面積小時結(jié)電容小，工作頻率高。四.二極管的等效電路1.折線化等效電路非線性線性說明：理想模型誤差最大；分段線性模型誤差最?。灰话闱闆r下多采用恒下壓降模型。理想模型恒壓降模型分段線性模型2.微變等效電路（小信號模型）二極管外加正向電壓時，將有一直流電流，曲線上反映該電壓和電流的點稱為Q點（靜態(tài)工作點），若在Q點的基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可以用以Q點為切點的直線來近似微小變化的曲線，即將二極管等效為一個動態(tài)電阻rd（稱二極管微變等效電路）。3.二極管電路分析舉例例：分析圖示電路理想模型：恒壓降模型：IR10VU1kIR10VU1kIR10VU1kUon例：圖示二極管限幅電路，R＝1k，UREF=2V，輸入信號為ui。(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想模型、恒壓降模型計算電流I和輸出電壓uo解：理想模型恒壓降模型（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和恒壓降模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：理想模型（波形如圖所示）。0-4V4Vuit2V2Vuotui<UREF時，二極管反偏截止，相當于開路，回路無電流，uo＝ui；Ui>UREF時，二極管正偏導通，相當于短路，uo＝UREF；02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V恒壓降模型（波形如圖所示）。ui<UREF+Uon時，二極管反偏截止，相當于開路，回路無電流，uo=ui；Ui>UREF+Uon時，二極管正偏導通，相當于短路，uo=UREF+Uon；五.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是工作在反向擊穿區(qū)的一種特殊二極管(伏安特性如圖)。當穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時，其兩端電壓近似為常數(shù)。由于穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，故二極管一般反向接入電路。反偏電壓≥UZ；反向擊穿。正向同二極管穩(wěn)定電壓+UZ_穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ——流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2.穩(wěn)定電流IZ——越大穩(wěn)壓效果越好，小于Izmin

時不穩(wěn)壓。3.最大耗散功率PZM；最大工作電流IZM（Izmax）

PZM=UZ

IZM4.動態(tài)電阻rZ_——穩(wěn)壓區(qū)，端電壓變化量與其電流量變化之比。rZ

=

UZ/

IZ（幾

幾十

）越小穩(wěn)壓效果越好。5.電壓溫度系數(shù)

——穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):負載電阻RL＝600Ω，求限流電阻R取值范圍。解：由電路可得：+UZ-IZDZRILIR+Ui-RL15V六.其它類型的二極管1.發(fā)光二極管LED有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。應(yīng)用：半導體光源。2.光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。應(yīng)用：光電檢測。符號符號1.3半導體三極管半導體三極管又稱晶體三極管，簡稱晶體管或三極管。在三極管內(nèi)，有兩種載流子：電子與空穴，它們同時參與導電，故晶體三極管又稱為雙極型三極管，簡記為BJT（英文Bipo1arJunctionTransistor的縮寫）。它的基本功能是具有電流放大作用。三極管屬于電流控制型器件。

一.三極管的結(jié)構(gòu)及分類NNP集電極c基極b發(fā)射極eNPNPPN集電極c基極b發(fā)射極ePNP符號:注：符號中箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時發(fā)射極電流的方向?；鶇^(qū)，電極稱為基極b（Base）發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極e（Emitter）集電區(qū)，電極稱為集電極c（Collector）集電結(jié)Jc發(fā)射結(jié)Je三極管結(jié)構(gòu)特點：為了保證三極管具有良好的電流放大作用，在制造三極管的工藝過程中，必須作到：使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；使基區(qū)摻雜濃度最小，且區(qū)最薄，以有效地傳輸載流子；使集電區(qū)面積最大，且摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)，以有效地收集載流子。以上三條實際上是三極管放大作用的內(nèi)部條件。二.三極管的放大作用1.基本概念：（1）放大的含義（實質(zhì)）：用較小的量控制較大的量。（2）三極管放大電路的基本連接方法：共發(fā)射極電路共基極電路共集電極電路共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)（3）

三極管放大作用的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE

－＋UBE－＋UCB－集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0RcVccRbVbb（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；因為發(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴散電流IEN

。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE=IEN+IEP≈

IEN。（2）電子在基區(qū)中擴散與復合；發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復合掉，復合掉的空穴由電源Vbb提供，形成IBN。所以基極電流IB≈

IBN。大部分到達了集電區(qū)的邊緣。2.BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程RcVccRbVbb（3）集電區(qū)收集擴散過來的電子。

因為集電結(jié)反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

。另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。3．電流分配關(guān)系從內(nèi)部看：從外部看：動畫演示當管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定。4.三極管的電流放大系數(shù)電流ICN與IB'之比稱為共射直流電流放大系數(shù)

。ICEO(穿透電流)——基極開路（IB=0）時，在集電極電源Vcc作用下的集電極與發(fā)射極之間形成的電流。ICBO——發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流共射交流電流放大系數(shù)β。通常情況下，在近似分析中，對直流和交流電流放大系數(shù)不作區(qū)分，即：共基極交流電流放大系數(shù)α（）。三.三極管特性曲線（共射極接法）三極管的特性（輸入特性、輸出特性）曲線描述各電極之間電壓，電流之間的關(guān)系，用于對三極管的性能、參數(shù)和三極管電路的分析估算。輸入特性曲線：描述了在管壓降UCE一定的情況下，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系，即1.UCE=0時，與二極管正向特性相似；2.UCE取不同值時，可得一簇曲線，隨UCE增大右移。3.UCE

≥1時，曲線與UCE=1的特性曲線接近；4.一般手冊只給出UCE=0和UCE=1時的兩條曲線。uBEiB0UCE=0UCE≥1(2)輸出特性曲線：描述基極電流IB為一常量時，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系。三極管工作的三個區(qū)域：放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正常工作狀態(tài)。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。IB對IC無控制作用。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。(1)當IB一定時，iC幾乎不隨vCE變化，具有恒流特性；(2)iC隨iB變化線性變化，IC=βIB，IC受IB控制。IB=0，IC=ICEO

很小。ICEO=（1+β

）ICBO—受溫度影響大，故ICEO溫度系數(shù)大。IC基本恒定，不隨IB變化，無放大作用，IB對IC控制作用消失。注：放大電路中三極管工作區(qū)域可通過三個電極的電位來判斷。uCEiCIB=0mAIB=20mAIB=40mAIB=60mAIB=80mA0截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)輸出特性動畫演示四.三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基極電流放大系數(shù)：一般取20-200之間（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：20uA(mA)40uAuCE0(V)80uA△IB

=100uAiBC60uAi2.31.5△iC2.極間反向電流（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO：基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。其大小與溫度有關(guān)。（1）集電極基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開路時，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是一個PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。鍺管：ICBO為微安數(shù)量級；硅管：ICBO為納安數(shù)量級。++ICBOecbICEO

3.極限參數(shù)Ic增加時，

要下降。當

值下降到線性放大區(qū)

值的70％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（1）集電極最大允許電流ICM集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

<PCM（2）集電極最大允許功率損耗PCMiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)

（3）反向擊穿電壓三極管有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：①U(BR)EBO—集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏～十幾伏。②U(BR)CBO—發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏～幾百伏。③U(BR)CEO—基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。在實際使用時，還有U(BR)CER、U(BR)CES等擊穿電壓。--(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU1.5場效應(yīng)管BJT是一種電流控制器件(iB~iC)，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。場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導體器件，是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET絕緣柵場效應(yīng)管IGFET

(InsulatedGateFET)結(jié)型場效應(yīng)管JFET（Junction

FET）場效應(yīng)管（FET）的分類一.結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號N溝道JFETP溝道JFET漏極源極柵極結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)動畫演示2.工作原理（以N溝道為例）正常工作條件（N溝道）：柵—源之間加負向電壓（uGS<0），以保證耗盡層承受反向電壓。漏—源之間加正向電壓（uDS>0

）,以形成漏極電流iD。場效應(yīng)管通過柵—源電壓uGS和漏—源電壓uDS對導電溝道的影響來實現(xiàn)對iD的控制，從而實現(xiàn)其放大（控制）的功能。NgduGS工作原理：當uDS=0（d、s短路）時，uGS對導電溝道的控制作用PPsuDS=0且uGS=0，耗盡層很窄，導電溝道很寬。|uGS|增大時，耗盡層加寬，溝道變窄，溝道電阻增大。|uGS|增大到某一數(shù)值時，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無窮大，稱此時uGS的值為夾斷電壓UGS(off)。NgduGSsuDS當uGS為某一固定值（UGS(off)~0

）時，uDS對漏極電流iD的影響。PPuGS為某一固定值（UGS(off)~0

），存在由uGS所確定的一定寬度的溝道。若uDS=0，此時由于d—s間電壓為零，溝道中的載流子不會產(chǎn)生定向移動，故電流iD=0。若uDS>0，則有電流iD從漏極流向源極，此時溝道中各點與柵極間的電壓不等（從源極到漏極逐漸增大），耗盡層寬度不一（溝道上窄下寬，呈楔型）。NgduGSsuDSPP由于柵—漏電壓uGD=uGS-uDS，所以的當uDS從零逐漸增大時，uGD逐漸減小，靠近漏極一側(cè)的導電溝道必將隨之變窄。但只要柵—漏間不出現(xiàn)夾斷區(qū)域，溝道電阻仍取決于柵—源電壓（uGS），故電流iD將隨uDS的變化近似線性變化。一旦uDS的增大使uGD＝UGS(off)，則漏極一邊的耗盡層就會出現(xiàn)夾斷區(qū)，稱uGD＝UGS(off)為預(yù)夾斷。NgduGSsuDSPP預(yù)夾斷后，若uDS繼續(xù)增大，uGD<UGS(off)，耗盡層閉合部分將沿溝道方向延伸，夾斷區(qū)加長。一方面，自由電子從源極向漏極定向移動所受阻力加大（從夾斷區(qū)窄縫高速通過），從而導致iD減??；另一方面，隨著uDS的增大，d—s間的電場增強，使iD增大。二者變化趨勢相互抵消，在預(yù)夾斷后，uDS增大，iD近似不變，即iD僅僅取決于uGS，表現(xiàn)出iD的恒流特性。當uGD<UGS(off)時，uGS對漏極電流iD的控制。在uGD=uGS-uDS<UGS(off)，即uDS>uGS-UGS(off)的情況下，當uDS為一常量時，對應(yīng)于確定的uGS，就有確定的iD。此時通過改變uGS就可以控制iD的大小，這就是場效應(yīng)管的控制作用。場效應(yīng)管控制作用體現(xiàn)在漏極電流受柵—源電壓的控制，故場效應(yīng)管為電壓控制器件，體現(xiàn)其控制作用的參數(shù)為gm（低頻跨導）。NgduGSsuDSPP結(jié)型場效應(yīng)管工作原理動畫演示小結(jié)：在uGD=uGS

-uDS>uGS(off)的情況下，即當uDS<uGS

-uGS(off)(即g－d間未出現(xiàn)夾斷)時，對應(yīng)于不同的uGS，d－s間等效為不同阻值的電阻；當uDS使uGD=uGS(off)時，d－s間出現(xiàn)預(yù)夾斷；當uDS使uGD<uGS(off)時，iD幾乎僅僅決定于uGS，而與uDS無關(guān)。此時可以把iD近似看成uGS控制的電流源。3.結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線輸出特性曲線：輸出特性曲線描述了當柵－源電壓uGS為常量時，漏極電流iD與漏－源電壓uDS之間的函數(shù)關(guān)系（一簇曲線）。場效應(yīng)管的四個工作區(qū)：可變電阻區(qū)：在預(yù)夾斷前，通過改變uGS的值，可以改變溝道的寬度，從而改變漏－源極之間的電阻。恒流區(qū)：當uDS>uGS－UGS(off)，即uGD<UGS(off)時，各曲線近似一組橫軸的平行線。當uDS增大時，iD幾乎不變，因而可將iD近似為uGS控制的電流源。該區(qū)為場效應(yīng)管作放大管時的工作區(qū)。夾斷區(qū)：當uGS<UGS(off)時，導電溝道被夾斷，iD＝0，無電流。擊穿區(qū)：uDS過大，管子擊穿。輸出特性曲線動畫演示轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線描述了當漏－源電壓uDS為常量時，漏極電流iD與柵－源電壓uGS之間的函數(shù)關(guān)系。當場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，由于輸出特性曲線可近似為恒軸的一組平行線，所以可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替恒流區(qū)所有曲線。注意：為了保證柵—源間的耗盡層加反向電壓，N溝道管uGS≤0，P溝道管uGS≥0。轉(zhuǎn)移特性曲線動畫演示二.絕緣柵場效應(yīng)三極管絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxide

SemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強型

N溝道、P溝道

耗盡型

N溝道、P溝道1.N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)（4個電極）漏極d，源極s，柵極g，襯底b。符號MOSFET結(jié)構(gòu)動畫演示當uDS=0且uGS＞0V時→g、b間存在縱向電場→將靠近柵極下方的空穴向下排斥，留下帶負電的離子→形成耗盡層。（2）工作原理當uGS=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。再增加uGS→縱向電場↑→將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面→形成導電溝道（反型層），如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流iD。①柵源電壓uGS的控制作用注意：由于有SiO2絕緣層，故柵極電流為0。定義：

開啟電壓（UGS(th)）——剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵—源電壓UGS。

N溝道增強型MOS管的基本特性：

uGS

＜UGS(th)

，管子截止，

uGS

＞UGS(th)

，管子導通。

uGS

越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。

②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用當uGS＞UGS(th)，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。（設(shè)UGS(th)=2V，uGS=4V）

（a）uDS=0時，iD=0。（b）uDS

↑→iD↑；同時溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當uDS增加到使uGD＝uGS－uDS＝UGS(th)時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（d）uDS再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，uDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，iD基本不變。MOSFET工作原理動畫演示（3）特性曲線（與結(jié)型場效應(yīng)管類似）

四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)(預(yù)夾斷前)。

①輸出特性曲線：（b）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。

（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線：恒流區(qū)，曲線近似為一條，電流方程如下：N溝道增強型MOS管正常工作時，uGS>0。2.N溝道耗盡型MOS管特點：當uGS=0時，就有溝道，加入uDS，就有iD。當uGS＞0時，溝道增寬，iD進一步增加。當uGS＜0時，溝道變窄，iD減小。在柵極下方的SiO