基本半导体分立器.ppt

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1、电子技术基础电子技术基础模拟电子技术模拟电子技术1第一章第一章 基本半导体分立器件基本半导体分立器件o1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结o1.2 半导体二极管半导体二极管o1.3 特殊二极管特殊二极管o1.4 半导体三极管半导体三极管o1.5 场效应晶体管场效应晶体管21.1 1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PNPN结结o1.1.1 1.1.1 半导体的基本特性半导体的基本特性o1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体o1.1.3 1.1.3 杂质半导体杂质半导体 o1.1.4 PN1.1.4 PN结的形成与单向导电性结的形成与单向导电性3半导体的基本特性o导

2、体导体：电阻率小于：电阻率小于1010-4-4.cm.cm，很容易导电，称，很容易导电，称为导体为导体.如铜、铝、银等金属材料；如铜、铝、银等金属材料；o绝缘体绝缘体：电阻率大于：电阻率大于10101010.cm.cm，很难导电，称，很难导电，称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；o半导体半导体：电阻率在：电阻率在1010-3-310109 9.cm.cm，导电能力，导电能力介于导体和绝缘体之间，例如硅介于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)(Si)和锗和锗(Ge)(Ge)等半导体材料等半导体材料；4半导体材料制作电子器件的原因半导体材料制作电子器件的原因?o不

3、是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是在于半导体材料具有而是在于半导体材料具有热敏性热敏性、光敏性光敏性和和掺掺杂性杂性。5半导体材料制作电子器件的原因半导体材料制作电子器件的原因?1 1、热敏性、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，例如例如纯净锗从纯净锗从2020升高升高到到3030时，电阻率时，电阻率下降下降为原来的为原来的1/21/2；2 2、光敏性、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十

4、性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MM。光照：电。光照：电阻下降为几十阻下降为几十KK3 3、掺杂性、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，电阻率下降到原来的电阻率下降到原来的几万分之一几万分之一，利用这一特性，可以制，利用这一特性，可以制造出不同性能不同用途的半导体器件。造出不同性能不同用途的半导体器件。6+4+14284+322 8 18 4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构硅硅锗锗硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构简化模型简化模型1

5、.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体SiGe71.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体 1 1、本征半导体、本征半导体的原子的原子 结构结构把非常纯净的原子结构把非常纯净的原子结构排列非常整齐的半导体排列非常整齐的半导体称为称为本征半导体本征半导体。8+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体A A硅原子电子数为硅原子电子数为1414，最外层，最外层电子为四个，是四价元素电子为四个，是四价元素B B、硅原子结合方式是共价键结、硅原子结合方式是共价键结合：合：(i)(i)每个价电子都要受到相邻两每个价电子都要受到相邻两个原子核的束缚个原

6、子核的束缚;(ii)(ii)半导体的价电子既不象导半导体的价电子既不象导体的价电子那样容易挣脱成为体的价电子那样容易挣脱成为自由电子，也不象绝缘体中被自由电子，也不象绝缘体中被束缚，所以其导电能力介于导束缚，所以其导电能力介于导体与绝缘体之间体与绝缘体之间1 1、本征半导体的原子结构、本征半导体的原子结构共价键结合，以硅原子为例共价键结合，以硅原子为例9+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键2 2、本征半导体的激发与复合本征半导体的激发与复合空穴空穴自由电子自由电子空穴空穴A A、本征激发、本征激发 电子、空穴对的产生电子、空穴对的产生B B、电子与空穴的复合、电子与空穴的复合D D

7、、最后达到动态的平衡、最后达到动态的平衡C C、空穴是可以移动的，其、空穴是可以移动的，其实是共价键的电子依次填补实是共价键的电子依次填补空穴，形成空穴的移动空穴，形成空穴的移动10I IPIN空穴电流空穴电流电子电流电子电流3 3、自由电子的运动与空穴的运动、自由电子的运动与空穴的运动外电路电流外电路电流 图图1-5 1-5 本征半导体中载流子的导电方式本征半导体中载流子的导电方式 半导体中两种载流子：半导体中两种载流子：带正电荷的空穴带正电荷的空穴带负电荷的自由电子带负电荷的自由电子外电场外电场它们在外电它们在外电场的作用下，场的作用下，会出现定向会出现定向运动运动本征半导体本征半导体11

8、3 3、自由电子的运动与空穴的运动、自由电子的运动与空穴的运动1 1、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运动；动；2 2、半导体中两种载流子：、半导体中两种载流子：(1)(1)一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷 的空穴，它们在外电场的作用下，会出现的空穴，它们在外电场的作用下，会出现 定向运动定向运动 (2)(2)在外电场作用下形成电子流在外电场作用下形成电子流I IN N和空穴流和空穴流IP (3)(3)在外电路中总电流在外电路中总电流I=II=IN N+I+IP P121.1.2 1.1.2 本征半导体本征

9、半导体4 4、本征激发产生的、本征激发产生的载流子载流子数量仍然很少，本征半数量仍然很少，本征半导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管，导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管，只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提高其导电性能，成为高其导电性能，成为杂质半导体杂质半导体，才能用于制，才能用于制造各种半导体器件造各种半导体器件 13杂质半导体杂质半导体1 1、N N型半导体型半导体 N-type SemiconductorN-type Semiconductor2 2、P P型半导体型半导体 P-type SemiconductorP-type Se

10、miconductor14+4+4+4+5+4+41 1、N N型半导体型半导体磷原子磷原子空穴是少子空穴是少子电子是多子电子是多子硅硅原子原子多数载流子多数载流子电子电子少数载流子少数载流子空穴空穴N N型半导体型半导体简化模型简化模型A A、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。B B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子,所以电子是多子所以电子是多子.C C、N N型半导体中型半导体中,电子是多子电子

11、是多子,空穴是少子空穴是少子 I=IP+ININD D、整块的半导体仍为中性、整块的半导体仍为中性15+4+4+4+3+4+42 2、P P型半导体型半导体硅硅原子原子硼硼原子原子A A、在四价的本征硅中掺入微量的、在四价的本征硅中掺入微量的3 3价硼价硼B B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易移过来填补个空位移过来填补个空位 。硼原子接受一个电子，成为带负电的离。硼原子接受一个电子，成为带负电的离子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴C C、P P型半导

12、体中：空穴是多子；电子是少子型半导体中：空穴是多子；电子是少子 I=IP+INIPD D、整块的半导体仍为中性、整块的半导体仍为中性空穴是多子空穴是多子电子是少子电子是少子P P型半导体型半导体简化模型简化模型多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子161.1.4 PN1.1.4 PN结的形成与单向导电性结的形成与单向导电性P P型区型区N N型区型区内建电场内建电场 PN结结(1)(1)多子的扩散运动产生空间电荷区建立内电场多子的扩散运动产生空间电荷区建立内电场(2)(2)随着内电场由弱到强得建立随着内电场由弱到强得建立,少子漂移从无到有少子漂移从无到有,逐渐加强逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱

13、而扩散运动逐渐减弱,形成平衡的形成平衡的PNPN结。结。1 1、PN结结(PN Junction)的形成的形成多子的扩散多子的扩散多子的扩散多子的扩散171.1.4 PN1.1.4 PN结的形成与单向导电性结的形成与单向导电性P P型区型区N N型区型区内建电场内建电场 PN结结1 1、PNPN结结(PN JunctionPN Junction)的形成的形成182 2、PNPN结的单向导电性结的单向导电性(1)(1)正向偏置正向偏置(forward biasforward bias外加外加正向正向电压电压)(2)(2)反向偏置反向偏置(reverse biasreverse bias外加反向电

14、压外加反向电压)19(1)(1)、外加、外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置forward bias)P N内电场内电场外电场外电场正向电流正向电流I IF FIF=I多子多子 I少子少子 I多子多子A A、正向偏压的接法：、正向偏压的接法：P P区接高电位，区接高电位，N N区接低电位区接低电位B B、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，使使PNPN结空间电荷区变窄；结空间电荷区变窄；C C、正向偏压时，、正向偏压时，PNPN结为导通状态，外电路电结为导通状态，外电路电流流I IF F很大，很大，PNPN结呈现的正向电阻很小结呈现的正向电阻很小

15、限流电阻限流电阻RUI多子多子PNPN结为导通状态结为导通状态20 P N内电场内电场IR=I少子少子 0反向电流反向电流IRA A、反向偏压的接法：、反向偏压的接法：P P区接低电位，区接低电位，N N区接高电位区接高电位B B、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利于少子的漂移运动，形反向电流于少子的漂移运动，形反向电流IR，IR很小，硅管为很小，硅管为纳安数量级，锗管为微安数量级。纳安数量级，锗管为微安数量级。C C、反向偏压，使、反向偏压，使PNPN结空间电荷区变宽。结空间电荷区变宽。D D、反向偏压、反向偏压PNPN结为截止状态，外电路

16、电流接近为结为截止状态，外电路电流接近为O O，PNPN结呈现的反向电阻很大结呈现的反向电阻很大(2)(2)外加反向电压外加反向电压(反向偏置反向偏置reverse bias）限流电阻限流电阻R外电场外电场UI少子少子PNPN结为截止状态结为截止状态211.21.2半导体二极管半导体二极管(Semiconductor(Semiconductor DiodeDiode)o二极管的结构与类型二极管的结构与类型o二极管的伏安特性曲线与近似模型二极管的伏安特性曲线与近似模型o二极管主要参数二极管主要参数o二极管在电子技术中的应用简介二极管在电子技术中的应用简介22二极管的结构与类型二极管的结构与类型构

17、成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(cathode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型1、结构与类型、结构与类型23二极管的结构与类型二极管的结构与类型负极负极引线引线点接触型点接触型正极正极引线引线金属触丝金属触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线 平面型平面型NP 型支持衬底型支持衬底PPNPN结结（常见二

18、极管的结构和外型）（常见二极管的结构和外型）2、特点与用途、特点与用途2425二极管的伏安特性曲线与近似模型二极管的伏安特性曲线与近似模型1 1、伏安特性曲线、伏安特性曲线 通过二极管的电流随外加偏压的变化规律，通过二极管的电流随外加偏压的变化规律，称为二极管的伏安特性。称为二极管的伏安特性。以曲线的形式描绘出来，以曲线的形式描绘出来，就是伏安特性曲线。就是伏安特性曲线。正向偏压正向偏压反向偏压反向偏压IFUFVmAIRURVA26IS击穿电压击穿电压UBR图图1-12 1-12 二极管的伏安特性二极管的伏安特性锗管锗管硅硅 管管二极管的伏安特性曲线与近似模型二极管的伏安特性曲线与近似模型硅管

19、硅管锗管锗管死区电压死区电压IF/mA正向电流正向电流104030200.20.60.41.00.8UF/VUR/VIR/A反向电流反向电流反向电压反向电压正向电压正向电压1、正向特性、正向特性加正向偏压加正向偏压UF A、UF较小时，较小时，IF较小较小 B、UF大于死区电压时，大于死区电压时，IF迅迅速增加，并按指数规律上升。速增加，并按指数规律上升。如图中如图中A段所示段所示 C、当二极管电流变化很大时，、当二极管电流变化很大时，二极管两端电压几乎不变，硅二极管两端电压几乎不变，硅管约管约0.60.7V，锗管约，锗管约0.20.3V，分别作为正向工作，分别作为正向工作时两端直流压降得估算

20、值时两端直流压降得估算值。2、反向特性、反向特性加反向偏压加反向偏压UR A、反向电流、反向电流IR是少子漂移运动引是少子漂移运动引起，所以数量小，几乎不变，又称起，所以数量小，几乎不变，又称为反向饱和电流为反向饱和电流IS。B、当温度升高，、当温度升高，IS增加增加 C、硅管、硅管IS小于小于1uA，锗管为几十，锗管为几十到几百到几百uA。3 3、击穿特性、击穿特性 当当UR继续增大，并超过某一个特继续增大，并超过某一个特定电压值时，定电压值时，IR将急剧增大，这种将急剧增大，这种现象称为击穿，这时对应的电压叫现象称为击穿，这时对应的电压叫击穿电压击穿电压UBR。1 1、伏安特性曲线、伏安特

21、性曲线27二极管的伏安特性曲线与近似模型二极管的伏安特性曲线与近似模型IFUF 图图1-13 1-13 二极管的近似模型二极管的近似模型2、二、二极极管的近似模型管的近似模型(1)理想模型理想模型 A、正向导通，管压降为、正向导通，管压降为0，即，即UF=0，视二极管为短路；，视二极管为短路；B、反向截止，电流为、反向截止，电流为0，即，即IF=0，视二极管为开路视二极管为开路(2)恒压降模型恒压降模型A、正向导通时二极管、正向导通时二极管 管压降为恒管压降为恒定值：硅管定值：硅管0.7V 锗管锗管0.3V B、反向截止，、反向截止，IF=0C、当、当 IF1 mA时，时，恒压降模型的恒压降模

22、型的近似精度还是相当高的。近似精度还是相当高的。IFUF硅管硅管281 1、最大整流电流、最大整流电流IF 指二极管在一定温度下，指二极管在一定温度下，长期允许通过的最大长期允许通过的最大正向平均电流正向平均电流2 2、反向击穿电压、反向击穿电压UBR 管子反向击穿时的电压值称为反向击穿电压管子反向击穿时的电压值称为反向击穿电压UBR。一般手册上给出的最高反向工作电压一般手册上给出的最高反向工作电压URM约为反约为反向击穿电压的一半向击穿电压的一半二极管主要参数二极管主要参数29二极管主要参数二极管主要参数3 3、反向电流、反向电流IR（反向饱和电流反向饱和电流IS)这个值越小，这个值越小，则

23、管子的单向导电性就越好。则管子的单向导电性就越好。30二极管主要参数二极管主要参数4 4、结电容与最高工作频率、结电容与最高工作频率fM PN PN 结的电容效应结的电容效应 (1)(1)PN结加电压后，结加电压后，其空间电荷区会发生变化，其空间电荷区会发生变化，这种变化造成的电容效应称为结电容。这种变化造成的电容效应称为结电容。(2)(2)结电容越大。二极管的高频单向导电性越差。结电容越大。二极管的高频单向导电性越差。(3)(3)fM就是二极管仍然保持单向导电性的外加电压就是二极管仍然保持单向导电性的外加电压 最高频率。最高频率。PN31IF/mA0.20.60.40.8UF/V5 5、二极

24、管的温度特性、二极管的温度特性二极管主要参数二极管主要参数T 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下下降降,输入曲线左移输入曲线左移当温度当温度 升高升高10 C时，时，IR增加一倍增加一倍IR/AUD(on)半导体具有热敏性，温度变半导体具有热敏性，温度变化化,使二极管参数发生变化，使二极管参数发生变化，使二极管工作不稳定。使二极管工作不稳定。IF/A32二极管在电子技术中的应用简介二极管在电子技术中的应用简介1 1、整流应用、整流应用 利用二极管单向导电性把大小和方向都变化的利用二极管单向导电性把大小和方向都变化的正正弦弦交流电变为单向脉动的直流电交流电变为单向脉动的直

25、流电33UiUott截止截止导通UiUoVDRL(a)(a)二极管整流电路二极管整流电路;(b);(b)输入与输出波形输入与输出波形1 1、整流应用、整流应用342 2、限幅的应用、限幅的应用利用二极管单向导性，将输出电压限定在要求利用二极管单向导性，将输出电压限定在要求的范围之内，称为限幅。的范围之内，称为限幅。35导通截止截止导通截止截止2 2、限幅的应用、限幅的应用uouit-3t+3-5uo/vui/v+5E1 3v3v E2（a）双向限幅电路双向限幅电路;（b）输入与输出波形输入与输出波形Ui3V:VD1导通导通,VD2截止截止U0=3VUi-3V:VD2导通导通,VD1截止截止 U

26、0=-3V-3VUi3V:VD1、VD2都截止都截止 U0=Ui361.3 1.3 特殊二极管特殊二极管o1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管o1.3.2 1.3.2 发光二极管与光敏二极管发光二极管与光敏二极管o1.3.3 1.3.3 变容二极管变容二极管371.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管1 1、稳压二极管伏安特性曲线及其工作原理、稳压二极管伏安特性曲线及其工作原理 稳压管的稳压作用在于：在反向击穿区内，反向稳压管的稳压作用在于：在反向击穿区内，反向电流电流 IZ有很大变化，而稳压管两端电压有很大变化，而稳压管两端电压 UZ几乎几乎保持不变。只要保持不变。只要Izmin

27、IZ IZmin.IZmin约为几约为几mAmA以上以上(3)(3)最大的稳定电流最大的稳定电流IZM和最大的和最大的耗散功率耗散功率PZM IZ IZmin=5mA,稳压管处稳压管处于反向击穿状态，稳压输出，则于反向击穿状态，稳压输出，则uo1=6Vo (b)若若uo1=UZ=6V，则，则IZ2=（10V-6V)/2K=2mA0,uBC0 特点：失去放大能力，即特点：失去放大能力，即iCiB不成立不成立,即即iB不能控制不能控制iC 的变化。的变化。(1)截止区：截止区：区域：区域：iB0 输出特性曲线以下的区域为截止区输出特性曲线以下的区域为截止区 条件：发射结、集电结均反偏条件：发射结、

28、集电结均反偏 uBE0,uBC0,集电结反偏集电结反偏，uBC0 特点：特点：(A)有放大特性：有放大特性：iCiB (B)有恒流特性：有恒流特性：iC与与uCE无关。无关。ICEO输入回路输入回路输出回路输出回路68o【例【例2-1】测得三只晶体管的直流电位如图】测得三只晶体管的直流电位如图(a)、(b)、(c)所示，试判断它们的工作状态。所示，试判断它们的工作状态。69o解：图解：图(a)中发射结正偏，集电结也正偏，所以中发射结正偏，集电结也正偏，所以该管工作在饱和状态。该管工作在饱和状态。o图图(b)中发射结正偏集电结反偏，所以该管工作中发射结正偏集电结反偏，所以该管工作在放大状态。在放

29、大状态。o图图2(c)中晶体管发射结反偏，集电结也反偏，中晶体管发射结反偏，集电结也反偏，所以该管工作在截止状态。所以该管工作在截止状态。70o例例2-2 如图所示晶体三极管工作在线性放大状如图所示晶体三极管工作在线性放大状态，试判断三极管是态，试判断三极管是NPN型管还是型管还是PNP型管，型管，并区分发射极并区分发射极E、基极、基极B、集电极、集电极C三个电极。三个电极。711.4.4 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数1 1、电流放大系数、电流放大系数（1 1）共发射极直流电流放大系数）共发射极直流电流放大系数 （2 2）共发射极交流电流放大系数）共发射极交流电流放大系数（3

30、3）输出特性曲线近于平行等距，且）输出特性曲线近于平行等距，且I ICEOCEO很小时很小时，72o（4）共基极直流电流放大系数）共基极直流电流放大系数o （5）共基极交流电流放大系数）共基极交流电流放大系数o（6)当当ICBO很小时很小时o 731.4.4 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数2、极间反向电流、极间反向电流（1）集电极）集电极基极间反基极间反向饱和电流向饱和电流ICBO A、发射极开路（、发射极开路（IE=0）时，基极和集电极之间的反时，基极和集电极之间的反向电流称向电流称ICBO B、硅管、硅管 ICBO1A锗管锗管 ICBO=10A 左右左右 C、ICBO越小，管

31、子质量越越小，管子质量越好。好。AA741.4.4 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数2、极间反向电流、极间反向电流 (2)集电极集电极发射极间的反发射极间的反向电流向电流ICEO A、基极开路时（、基极开路时（IB=0），集），集电极与发射极之间加反向电压电极与发射极之间加反向电压时，从集电极穿过基区流到发时，从集电极穿过基区流到发射极的电流称射极的电流称ICEO B、ICEO=（1+）ICBO C、要求、要求ICEO越小越好。越小越好。A输入回路输入回路输出回路输出回路75全全1.4.4 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数3、极限参数、极限参数(1)基极开路时，集电极与

32、发射极基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压之间的反向击穿电压U(BR)CEO。使使用时三极管各电极间的电压不要用时三极管各电极间的电压不要超过超过U(BR)CEO就可以了。就可以了。(2)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM。IC。ICM 就是表示就是表示下降到下降到额定值的额定值的1/32/3时的时的IC值，值，正正常工作时，常工作时，iCICM。(3)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM=iCuCE。在的输出特性曲线上，在的输出特性曲线上，做出三极管临界损耗线，如图做出三极管临界损耗线，如图iC/mAU(BR)CEOICEOICM安安 工工作作区区PCM=iCu

33、CE损损过过耗耗区区输出特性曲线输出特性曲线输入回路输入回路输出回路输出回路761.4.5 1.4.5 温度对三极管参数的影响温度对三极管参数的影响1、温度对、温度对ICBO的影响的影响 温度每升高温度每升高10，ICBO就增加一倍。就增加一倍。2、温度对、温度对的影响的影响 三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数随温度升高而增大。随温度升高而增大。三极管每升高三极管每升高1，相应地增大，相应地增大0.5 1 3、温度对发射结正向电压降、温度对发射结正向电压降UBE的影响的影响 当温度上升当温度上升1，UBE电压下降电压下降(22.5mV/)输入回路输入回路输出回路输出回路771.5 1.5

34、 场效应管场效应管前面研究的三极管前面研究的三极管,空穴和电子均参与了导电空穴和电子均参与了导电,是是双极型器件，是电流控制器件。双极型器件，是电流控制器件。而而场效应管（场效应管（FETFET，Field Effect TransistorField Effect Transistor）只有一种载流子）只有一种载流子多子参与导电多子参与导电,所以是一种单极型器件所以是一种单极型器件.它具有输它具有输入阻抗高的特点入阻抗高的特点,同时受温度和辐射影响较小同时受温度和辐射影响较小,又便又便与集成化与集成化,也成为当今集成电路发展的重要方向。也成为当今集成电路发展的重要方向。78N+N+P沟沟道道

35、耗尽层耗尽层gsdgsdiDPP沟沟道道JFET1、结型场效应管的结构和类型、结型场效应管的结构和类型类型类型:N 沟道沟道 JFET P 沟道沟道 JFET1.5.1 1.5.1 结型场效应管结型场效应管结构结构：在一块掺杂浓度较低的：在一块掺杂浓度较低的N型硅型硅片两侧，制作两个高浓度的片两侧，制作两个高浓度的P区，形区，形成两个成两个P区（用区（用P+表示），把它连接表示），把它连接在一起，引出一个电极为栅极在一起，引出一个电极为栅极g，中，中间间N型半导材料两端各引出一个电极型半导材料两端各引出一个电极分别叫源极分别叫源极s和漏极和漏极d。s、d极可以互极可以互换使用，中间的换使用，中

36、间的N区域流过电流，区域流过电流，所所以称为导电沟道以称为导电沟道.g、s、d三个极分别三个极分别与三极管与三极管b、e、c极相对应。符号图极相对应。符号图中的箭头表示由中的箭头表示由P区区(栅极栅极)指向指向N区区(沟道沟道)的方向。的方向。P+P+耗尽层耗尽层g(Gate)d(Drain)gsdiDNN 沟沟道道JFETiDs(Source)N沟沟道道79绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管。oIGFETIGFET（Insulated Gate Field Effect Insulated Gate Field Effect TransistorTransistor）IGFETIGFET是目前应用

37、最广泛的金属是目前应用最广泛的金属氧氧化物化物半导体（半导体（MetalOxideSemiconductorMetalOxideSemiconductor）绝缘栅场效应管，简称为绝缘栅场效应管，简称为MOSFETMOSFET或或MOSMOS管。因为它管。因为它的栅极处于绝缘状态，所以叫绝缘栅场效应管。的栅极处于绝缘状态，所以叫绝缘栅场效应管。它是利用半导体表面的电场效应工作的，也称为它是利用半导体表面的电场效应工作的，也称为表面场效应器件。表面场效应器件。MOSMOS管输入电阻更高，可达管输入电阻更高，可达10101515以上，并且便于集成，是目前发展很快的一以上，并且便于集成，是目前发展很快

38、的一种器件。种器件。80增强型增强型MOSMOS场效管场效管绝缘栅场效应管也有绝缘栅场效应管也有N N沟道和沟道和P P沟道两种，每一种沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两种。又分为增强型和耗尽型两种。(1)(1)结构与电路符号结构与电路符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 D在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GBS-源极源极 SourceG-栅极栅极 Gate D-漏极漏极 DrainSGD衬底衬底耗尽层

39、耗尽层（a a）增强型）增强型NMOSFETNMOSFET的结构的结构;（b b）增强型）增强型NMOSFETNMOSFET的电路符号的电路符号;（c c）增强型）增强型PMOSFETPMOSFET的电路符号的电路符号SGD衬底衬底N+N+（a）（b）（c）箭头方向是表示由箭头方向是表示由P P（衬底）指向（衬底）指向N N（沟道），符号中的断线表示当（沟道），符号中的断线表示当 u uGSGS0 0时，导电沟道不存在。时，导电沟道不存在。81双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管 单极型场效应管载流子多子扩散少子漂移 少子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电

40、流源电压控制电流源输入电阻几十到几千欧几兆欧以上噪声较大较小静电影响不受静电影响易受静电影响制造工艺不宜大规模集成适宜大规模和超大规模集成823 3、场效应管使用注意事项、场效应管使用注意事项（1）不要使栅极悬空，即使不用时，也要用金属导）不要使栅极悬空，即使不用时，也要用金属导 线将三线将三个电极短接起来。焊接时，应把电烙铁个电极短接起来。焊接时，应把电烙铁 断开电源后再断开电源后再行焊接，以免感应击穿栅极。行焊接，以免感应击穿栅极。（2）结型场效应管栅压不能接反，否则）结型场效应管栅压不能接反，否则PN结正偏，结正偏，栅流过栅流过大，使管子损坏。大，使管子损坏。（3）可以用万用表测结型场效

41、应管的）可以用万用表测结型场效应管的PN结正、反电结正、反电 阻，但阻，但绝缘栅管不能用万用表直接去测三个电绝缘栅管不能用万用表直接去测三个电 极极,应该用接应该用接地良好的专门仪器才能测试管子的好坏。地良好的专门仪器才能测试管子的好坏。（4）场效应管）场效应管S和和D极可以互换使用，但有些产品出厂极可以互换使用，但有些产品出厂 时，时，已把已把S极和衬底连在一起，这时极和衬底连在一起，这时D、S就不能就不能 互换。互换。831.5.3 1.5.3 场效应管与三极管的特点比较场效应管与三极管的特点比较sgdiDsgdiD0 uDS/ViD/mAuGS=0v 1v 3vuGS/ViD/mA 3v

42、 0IDSS结结型型场场效效应应管管沟沟道道沟沟道道P PN NuGS/ViD/mA3vIDSS0 uDS/ViD/mAuGS=0 V1 v3 vUGS(off)UGS(off)841.5.3 1.5.3 场效应管与三极管的特点比较场效应管与三极管的特点比较增增强强绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管沟沟道道沟沟道道P PN NO uDS/ViD/mAuGS=6 V5 V4 V3 Vsgd衬底衬底iDsgd衬底衬底iD3 OuGS/viD/mA 3uGS/viD/mAO uDS/ViD/mAuGS=-6 V-5 V-4 V-3VUGS(th)OUGS(th)851.5.3 1.5.3 场效应管与三极管的特点比较场效应管与三极管的特点比较耗耗尽尽型型绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管沟沟道道沟沟道道P PN Nsgd衬衬底底iDiDsgd衬底衬底uGS/ViD/mA 4 OO uDS/ViD/mAuGS=2 V0 V 2 V 4 VuGS/ViD/mA O4O uDS/ViD/mAuGS=-2 V0 V 2 V 4VUGS(off)UGS(off)IDSSIDSS86