第01章常用半导体器件精.ppt

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1、第01章常用半导体器件1第1页，本讲稿共103页第一章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型晶体管双极型晶体管 1.4 场效应管场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管 1.6 集成电路中的元件集成电路中的元件2第2页，本讲稿共103页物质分类物质分类:导体：导体：导电率为导电率为10105 5S.cmS.cm-1-1，量级，如金属。量级，如金属。绝缘体：绝缘体：导电率为导电率为1010-22-22-10-10-14-14 S.cmS.cm-1-1量级。量级。如：如：橡胶、云母、塑料等。橡胶、云母、塑料等。物质的导

2、电特性处于导体和绝缘体之间，导电能物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，导电能力随条件变化，称为力随条件变化，称为半导体半导体 。如锗、硅、砷化镓。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。半导体：半导体：半导体特性半导体特性:掺入杂质则导电率增加几百倍掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性掺杂特性:半导体器件。半导体器件。温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特性:热敏器件。热敏器件。光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势。光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势。光照特性光照特性:光敏器件光电器件1.1 半导体基础知识半导体基础知识3第3页，本讲稿共

3、103页完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%，“九个九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。本征半导体：本征半导体：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。（二维薄膜芯片）（二维薄膜芯片）4第4页，本讲稿共103页1.1.1 本征半导体(1)、本征本征半导体的结构及特点：半导体的结构及特点：现代电子学中，用的最多的本证半导体是硅和锗，它们的最外层现代电子学中，用的最多的本证半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。电子（价电子）都是四个。GeSi848 1

4、842Ge+322+14Si5第5页，本讲稿共103页硅和锗的晶体结构：在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。6第6页，本讲稿共103页硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子7第7页，本讲稿共103页共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共

5、价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+48第8页，本讲稿共103页(2)、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价价电子完全被共价

6、键束缚着，本征半导体中没有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可可以运动的带电粒子以运动的带电粒子（即（即载流子载流子），它的导电能力），它的导电能力为为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电自由电子子，同时共价键上留下一个，同时共价键上留下一个空位空位，这个，这个空位空位称为称为空穴空穴。它们是成对出现的。它们是成对出现的。a.载流子、自由电子和空穴9第9页，本讲稿共103页+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子10第10页，本讲稿共103页载

7、流子的产生与复合载流子的产生与复合:g g载流子的载流子的产生产生率率:即每秒成对产生的电子空穴的浓度。即每秒成对产生的电子空穴的浓度。R R载流子的载流子的复合复合率率:即每秒成对产生的电子空穴的浓度。即每秒成对产生的电子空穴的浓度。当电子、空穴对的产生复合相等时，达到动态当电子、空穴对的产生复合相等时，达到动态平衡，平衡，g g =R R ，此时载流子的浓度是一定的。此时载流子的浓度是一定的。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的浓度越高。因此本征半导体

8、的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。11第11页，本讲稿共103页本征半导体载流子的浓度：本征半导体载流子的浓度：P11电子浓度电子浓度ni:表示单位体积的自由电子数表示单位体积的自由电子数空穴浓度空穴浓度pi:表示单位体积的空穴数表示单位体积的空穴数。k1与材料有关的常数 Eg禁带宽度T绝对温度 k玻尔曼常数结论1.本征半导体中本征半导体中 电子浓度电子浓度ni=空穴浓度空穴浓度pi 2.载流子的浓度与载流子的浓度与T、Eg有关有关 12第12页，本讲稿共103页b.本征半导体的导电机理+4+4+4+4

9、在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空移动，因此可以认为空穴是载流子。穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。13第13页，本讲稿共103页即在外电场的作用下，产生的即在外电场的作用下，产生的 电子流和空穴流。电子流和空穴流。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：电子流：电子流：自由电子作定向运动形成的，自由电子作定

10、向运动形成的，运动方向与外电场方向相反。运动方向与外电场方向相反。空穴流：空穴流：价电子递补空穴形成的，价电子递补空穴形成的，运动方向与外电场方向相同。运动方向与外电场方向相同。14第14页，本讲稿共103页1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体型半导体(Positive)(Positive)：空穴浓度大大增加的杂质空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。半导

11、体，也称为（空穴半导体）。N 型半导体（型半导体（Negative)Negative)：自由电子浓度大大增加的自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。杂质半导体，也称为（电子半导体）。15第15页，本讲稿共103页(1)、N 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。16第16页，本讲稿共103页+4+4+5+4多余电子磷

12、原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。N 型半导体中型半导体中掺杂浓度远大于本征半导体中载流子掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流少数载流子子（少子少子）。）。17第17页，本讲稿共103页(2)、P 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，

13、如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空位（电中性）。这个空位可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。产生一个空穴，由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。18第18页，本讲稿共103页(3)、杂质半导体的示意表示法P 型半导体+N 型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是

14、多子。近似认为多子与杂质浓度相等近似认为多子与杂质浓度相等。19第19页，本讲稿共103页1.1.3 PN结在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。一、一、PN结的形成结的形成20第20页，本讲稿共103页P区区N区区扩散运动扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流内电场内电场扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时达到达到动态平衡动态平衡内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂

15、移即促进了漂移运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。21第21页，本讲稿共103页内内电电场场阻阻止止多多子子扩扩散散 载流子浓度差载流子浓度差多子扩散多子扩散杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移扩散运动扩散运动由于浓度差而产生的运动称为扩散。半导体中由于浓度差而产生的运动称为扩散。半导体中多子从浓度大向浓度小的多子从浓度大向浓度小的扩散运动产生扩散电流。扩散运动产生扩散电流。漂移运动漂移运动电场作用下，载流子的运动称为漂移。半导体中电场作用下，载流子的运动称为漂移。半导体中少子向对方少子向

16、对方漂移产生漂移电流。漂移产生漂移电流。动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流=漂移电流，漂移电流，PNPN结内总电流为结内总电流为0 0。PN PN 结结稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层。稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层。22第22页，本讲稿共103页 VPNPN结的接触电位结的接触电位 内电场的建立，使内电场的建立，使PNPN结中产生电位差。结中产生电位差。从而形成接触电位从而形成接触电位V V 接触电位接触电位V V 决定于材料及掺杂浓度决定于材料及掺杂浓度锗：锗：V V=0.2=0.20.30.3硅：硅：V V=0.6=0.60.70.723第23页，本讲稿共103页1 1、空间

17、电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P区区中的空穴、中的空穴、N区区中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩扩散运动散运动）。）。3 3、P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:24第24页，本讲稿共103页 PN 结结加上正向电压加上正向电压或或正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是：P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。-导通导通 PN 结结加上反向电压加上反向电压或或反向偏置反向

18、偏置的意思都是：的意思都是：P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。-截止截止二、PN结的单向导电性25第25页，本讲稿共103页+RE1.PN 结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。26第26页，本讲稿共103页2.PN 结反向偏置+内电场外电场变厚NP+_内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE27第27页，本讲稿共103页PNPN结的反向击穿结的反向击穿反向击穿反向击穿PN结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。雪崩击穿雪崩击穿当反向电压增高时，

19、当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。应，象雪崩一样。使反向电流激增。齐纳击穿齐纳击穿当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子出来，形成大量载流子,使反向电流激增使反向电流激增。击穿可逆。掺杂浓度小的二极管容易发生击穿可逆。掺杂浓度大的二极管容易发生不可逆击穿不可逆击穿 热击穿热击穿PN结的电流或电压较大，使结的电流或电压较大，使PN结耗结耗散功率超过极限值，使结温

20、升高，导散功率超过极限值，使结温升高，导致致PN结过热而烧毁。结过热而烧毁。28第28页，本讲稿共103页 晶体晶体二极管的结构类型二极管的结构类型在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管结上加上引线和封装，就成为一个二极管二极管按结构分二极管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PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路PN结面积大，用于高频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。1.2 半导体二极管半导体二极管一、基本结构29第29页，本讲稿共103页半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名

21、举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：30第30页，本讲稿共103页半导体二极管图片31第31页，本讲稿共103页半导体二极管图片32第32页，本讲稿共103页半导体二极管图片33第33页，本讲稿共103页式中式中 Is 饱和电流饱和电流;VT=kT/q 等效电压等效电压 k 波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；T=300K（室温）时（室温）时 VT=26mVPNPN结电流方程结电流方程由半导体物理可推出由半导体物理可推出：二、二极管伏安特性：是指二极管两是指二极管两端电压端电压和流过二极管和流过二极管电流电流之间的关系。之间的关系。由由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线结电流方程求出理

22、想的伏安特性曲线34第34页，本讲稿共103页IU1.1.当加正向电压时当加正向电压时2.2.当加反向电压时当加反向电压时I 随随U，呈指数规率，呈指数规率I=-Is 基本不变基本不变(vVT)35第35页，本讲稿共103页 晶体二极管的伏安特性1 1.正向起始部分存在一个死区或正向起始部分存在一个死区或门坎，称为门坎，称为门限电压门限电压。或开启。或开启电压电压 硅：硅：Ur=0.5-0.6v;Ur=0.5-0.6v;锗：锗：Ur=0.1-0.2vUr=0.1-0.2v实测伏安特性实测伏安特性IU2.2.加反向电压时，反向电流加反向电压时，反向电流很小很小 即即Is硅硅(nA)0.7V时，二

23、极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.7V锗管：当锗管：当UD0.3V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.3V 稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击穿区。稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。二极管基本用途是整流稳压和限幅。二极管基本用途是整流稳压和限幅。半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光电、电、电电光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管应光转换。光电二极管应在反压下

24、工作，而发光二极管应在正偏电压下工作。在正偏电压下工作。52第52页，本讲稿共103页1.3 双极型晶体管（双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor)1.3.1 基本结构和符号基本结构和符号BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型(三极管三极管、简称、简称 BJT）BECBEC53第53页，本讲稿共103页BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高集电结发射结器件基本要求器件基本要求：54第54页，本讲稿共103页1.3.2 电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴向

25、发射区的扩散可忽略。IBE1进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。55第55页，本讲稿共103页BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBE2ICE从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。56第56页，本讲稿共103页IB=IBE-ICBO IBEIB3BECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE57第57页，本讲稿共103页4定义：ICE与IBE之比称为电流放大倍数要

26、使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。58第58页，本讲稿共103页BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管59第59页，本讲稿共103页1.3.3 特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBECEB 实验线路60第60页，本讲稿共103页一、输入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。IB=IBE-ICBO61第61页，本讲稿共103页二、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020

27、A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。62第62页，本讲稿共103页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。63第63页，本讲稿共103页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。64第64页，本讲稿共103页总结：总结：放大区放大区IC平行于平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区

28、域，曲线基本平行等距。(1)发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压Ube大于大于0.7V左右左右(硅管硅管)。(2)Ic=Ib,即即Ic主要受主要受Ib的控制。的控制。(3)判断三极管工作状态的依据：判断三极管工作状态的依据：饱和区饱和区:发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏或：或：Ube 0.5V（Si)Ube 0.2V（Ge)65第65页，本讲稿共103页例：某电路中的三极管各级电位如图所示，试判断它工作在哪个区域？BEC+5V0V+0.7V+10V+5V+3VEBC+5.4V+5V+5.7VBEC66第

29、66页，本讲稿共103页1.3.4 晶体管的主要参数 前面的电路中，三极管的发射极是输入输出前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为：为：1.电流放大倍数 和67第67页，本讲稿共103页例：UCE=6V时：IB=

30、40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=68第68页，本讲稿共103页2.集电极-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。温度每升高温度每升高10度，度，ICBO增加一倍增加一倍69第69页，本讲稿共103页BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO=(1+)ICBOIBE IBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBO3.集电极-发射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升

31、时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。70第70页，本讲稿共103页4.集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(B

32、R)CEO。71第71页，本讲稿共103页6.集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区72第72页，本讲稿共103页温度对温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTPN结的UBEIBIC1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响在相同的在相同的UBE情况下情况下73第73页，本讲稿共103页温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ总的效果是：总的

33、效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成IC上移。74第74页，本讲稿共103页五、光电三极管75第75页，本讲稿共103页1.4 场效应管场效应管FET(Field Effect Transistor)场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，电压控制型器件电压控制型器件，输入阻抗高，温度稳定性好，便，输入阻抗高，温度稳定性好，便于集成。于集成。结型场效应管结型场效应管JFET(Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET Insulated Gate Field Effect ra

34、nsistor)亦称亦称MOS管（管（Metal-Oxide-Semiconductor）场效应管有两种场效应管有两种:76第76页，本讲稿共103页场效应管的分类场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？77第77页，本讲稿共103页N基底：N型半导体PP两边是P区高掺杂G(栅极栅极gate)S源极源极sourceD漏极漏极dr

35、ain一、结构1.4.1 结型场效应管:导电沟道78第78页，本讲稿共103页NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS79第79页，本讲稿共103页PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS80第80页，本讲稿共103页二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。81第81页，本讲稿共103页PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。82第82页，

36、本讲稿共103页PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压UGS(off)）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。ID83第83页，本讲稿共103页PGSDUDSUGSUGS0、UGD UGS(off)时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID84第84页，本讲稿共103页PGSDUDSUGSUGS UGS(off)且UDS较大时UGD UGS(off)时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID85第85页，本讲稿共103页GSDUDSUGSUGS UGS(off)UGD=UGS(off)时NN漏端的沟道被夹断

37、，称为预夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。ID86第86页，本讲稿共103页GSDUDSUGSUGSUT时时,沟道加厚，沟道电阻减少，沟道加厚，沟道电阻减少，在相同在相同UDS的作用下，的作用下，ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，当在UGSUT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管94第94页，本讲稿共103页二、MOS管的工作原理以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S 间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区对应截止区95第95页，本讲稿共103页PNNGSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSUG

38、S(th)）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子UGS(th)称为开启电压称为开启电压96第96页，本讲稿共103页UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS97第97页，本讲稿共103页PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。98第98页，本讲稿共103页PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS 继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=UGS(th)时，靠近D端的沟道被夹

39、断，称为予夹断。99第99页，本讲稿共103页三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSUGS(th)100第100页，本讲稿共103页输出特性曲线IDU DS0UGS0101第101页，本讲稿共103页五、场效应管的主要参数1.开启电压UGS(th)2.夹断电压UGS(off)3.饱和漏极电流IDSS4.直流输入电阻RGS(DC)5.低频跨导gm(P50)6.最大漏极电流IDM7.击穿电压8.最大耗散功率PDM102第102页，本讲稿共103页六、场效应管与晶体管的比较(P52)1.晶体管是流控元件,场效应管是压控元件,栅极不取电流，但放大倍数较低。2.场效应管是多子导电，单极型，温度稳定性好。3.场效应管噪声系数小。4.场效应管漏、源极可以互换。6.场效应管集成工艺简单，耗电省，工作电源电压范围宽，应用更广泛。103第103页，本讲稿共103页