题目： 第三章 组合逻辑电路（第1讲） 教案.pps

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1、 电子线路由有源电子器件和电阻、电容、电感等元件组成,半导体器件是构成电子线路的主要核心部件。本章首先阐述半导体的导电特性,再讨论半导体二极管、双极型晶体三极管(BJT)和场效应管(FET)的工作原理、特性及主要参数,而后简述集成电路中的元件及其主要特点。本章简介本章简介1.1 半导体导电特性半导体导电特性1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)1.4 场效应管场效应管(FET)1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点第第1章章 半导体器件半导体器件模拟电子线路基础1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体1.1.2 1.1.2

2、杂质半导体杂质半导体 1.1.2.1 N1.1.2.1 N型半导体型半导体 1.1.2.2 P1.1.2.2 P型半导体型半导体*1.1.3 1.1.3 半导体中载流子的运动半导体中载流子的运动本节内容本节内容1.1 半导体导电特性半导体导电特性半导体-导电能力介于导体和绝缘体之间，其原子最外层电子一 般为四个，如硅(Si),锗(Ge),砷化镓(GaAs)等。导电特性：(1)掺杂效应：在本征半导体(纯净的且晶体结构完整的半导体,在T=0K时，相当于绝缘体。)中掺入少量其他元素(杂质)，可以改变和控制半导体的导电能力和导电类型，藉此特性可制造各种半导体器件；(2)热敏效应：温度变化亦可以改变半导

3、体的导电能力，藉此热敏效应可制造热敏元件；(3)光敏效应：光照也可以改变半导体的导电能力，并产生电动势，藉此光电效应可制造光电晶体管、光电耦合器和光电池等光电器件。1.1 半导体导电特性半导体导电特性+4+41.1 半导体导电特性半导体导电特性1.1.1 本征半导体本征半导体(1)T=0K(-273)共价键结构稳定，无自由电子-不导电。自由电子填补空穴,自由电子-空穴成对消失.本征半导体中，同时存在复合现象。热动态平衡时,两种本征载流子浓度为恒定值。可按式(1-1-1)计。热激发-又称本征激发，自由电子-空穴成对出现。价电子自由电子空穴+4+4+4(2)T、光照-热(光)激发产生电子-空穴对。

4、+5+3+41.1.2 杂质半导体杂质半导体-载流子数载流子数1.1 半导体导电特性半导体导电特性杂质一般有两种：1.1.2.1 N 型型掺入五价施主杂质自由电子=本征激发数+施主杂质原子数空穴=本征激发数 -少(数载流)子(1)五价(磷)N(电子)型；(2)三价(铟)P(空穴)型1.1.2.2 P 型型掺入三价受主杂质空穴=本征激发数+受主杂质原子数自由电子=本征激发数 -少(数载流)子-多(数载流)子+4+4+4+4自由电子价电子空穴施主提供的自由电子-多(数载流)子受主提供的空穴1.1.3 半导体中载流子的运动半导体中载流子的运动注意:自由电子导电-是在外电场或浓度梯度作用下，本身的定向

5、运动。空穴导电-是在外电场或浓度梯度作用下，价电子依次填补空穴的运动。载流子浓度差(浓度梯度)作用下，载流子的定向运动产生扩散电流外电场作用下，载流子定向运动产生 漂移电流空穴流电子流扩散运动漂移运动1.1 半导体导电特性半导体导电特性1.2.1 PN 结的形成结的形成1.2.2 PN结与半导体二极管的特性结与半导体二极管的特性 1.2.2.1 单向导电性单向导电性 1.2.2.2 伏安特性伏安特性 1.2.2.3 反向击穿特性与稳压管反向击穿特性与稳压管 1.2.2.4 电容特性与变容二极管电容特性与变容二极管 1.2.2.5 温度特性温度特性1.2.3 二极管主要参数及小信号模型二极管主要

6、参数及小信号模型 1.2.3.1 主要参数主要参数 1.2.3.2 小信号模型小信号模型1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管本节内容本节内容P区N区空间电荷区1.2.1 PN PN结的形成结的形成1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管杂质补偿方法形成E0Vxx-xPxN(b)OV 为接触电位差,是当 E0 恒定时,在PN结中产生的电位差浓度差多子扩散复合多子扩散少子漂移动态平衡时空间电荷区宽度恒定PN 结形成:内电场少子漂移空间电荷内电场多子扩散 内电场 少子漂移不利于多子扩散有利于少子漂移内电场 形成空间电荷区1.2.2 PN PN结与半导体二极管的特性结与半导体二极管的特性1

7、.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管1.2.2.1 单向导电性单向导电性正偏电流大,反偏电流小正偏+_V+_VE外E0VE外与E0反向PN结厚度电位差(V-V)iD=IFiD 有利多子扩散，不利少子漂移，扩散电流远大于漂移电流，iD=IF RDP+NP+ND_+P型N型D1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管反偏+_V+_VE0E外E外与E0同向PN结厚度电位差(V+V)不利多子扩散，利于少子漂移，扩散电流小于漂移电流，但少子数很少iDIRiD=-iR 很小。IR IS(几乎恒定)-反向饱和电流。R反-D正偏导电，反偏截止正偏导电，反偏截止P+ND1.2.2.2 伏安特性伏安特性

8、iD=f(vD)1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管426810123iD(mA)(A)SiGe0.2 0.4 0.6 0.8-20-40-600vD(V)V(BR)V(BR)Is图1-2-5 二极管伏安特性分为三个工作区:(1)vD0(正向工作区)，非线性导通电压(起始电压、阈电压、门限电压)vD VD(th)，D导通0vDVD(th)，iD0，D不导通vDiD-指数类rD、RD(2)-V(BR)vD0(反向工作区)iD-IS(几乎与vD无关)-D截止(3)vD -V(BR)(击穿区)|iD|-D击穿VD(th)1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管二极管(PN结)电流方程(1

9、-2-3)VT-电压温度常量(热力学电压)VT26mV(室温 T=300K)1.2.2.2 伏安特性伏安特性 iD=f(vD)IS-反向饱和电流(Si:10-9 10-15 A;Ge:A 级)426810123iD(mA)(A)SiGe0.2 0.4 0.6 0.8-20-40-600VD(V)V(BR)V(BR)Is图1-2-5 二极管伏安特性VD(th)1.2.2.3 反向击穿特性与稳压管反向击穿特性与稳压管1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管(1)反向击穿原因-雪崩击穿与齐纳击穿两类特殊工艺生产的稳压管，其击穿是可恢复性的,利用反向击穿后，其端电压基本不变的特性来实现电压的稳定。

10、(2)稳压管-IZm-最小稳定电流,如IZIZm，即PZPZM(允许值)DZ会烧毁。工作电流IZ应 IZmIZIZM-由限流电阻保证稳压管应用注意事项稳压管应用注意事项：(1)选取稳压值VZ=VO，且DZ与RL并联；(2)DZ反偏，且VIVZ(一般VI1.5VZ)；(3)稳压电路由限流电阻R与DZ串联构成。P11 图1-2-6 稳压管(a)符号(b)模型(c)伏安特性vD(V)-30-20-10102030iD(mA)IZVZVZIZMIZm(c)-30-20-10102030vD(V)iD(mA)IZVZVZIZMIZmDZ应用应用-并联型稳压电路并联型稳压电路1.2 PN结与半导体二极管结

11、与半导体二极管1.2.2.3 反向击穿特性与稳压管反向击穿特性与稳压管RL+ViR+VR +VZ +VOIRILIZVIminVImax ILmaxILminRLminRLmax如何取R值，才能保证IZmIZIZM？入手点：令 IZmin IZm IZmax IZM两关系式 VI=VR+VO(VZ)IR=IZ+IL当VI=VImin，IL=ILmax时，IZ=IZmin，并令 IZminIZm当VI=VImax，IL=ILmin时，IZ=IZmax 并令 IZmaxIZM，故限流电阻取值范围为Rmin R Rmax1.2.2.4 电容特性与变容二极管电容特性与变容二极管1.2 PN结与半导体二

12、极管结与半导体二极管PN结电容：CJ=CT+CD扩散电容势垒电容反偏时：CT CD，CJCT正偏时：CD CT，CJCD变容二极管-利用PN结电容(CT)效应制作VCC(压控电容)容压特性见P12，图1-2-71.2.2.5 温度特性温度特性40CiD20CIDIS1IS2OVD1VD2vDT1T2P13 图1-2-9 温度对二极管 伏安特性的影响T IS vD-即保持ID=C,所需外加正偏电压减少1.2.3 二极管主要参数及小信号模型二极管主要参数及小信号模型1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管1.2.3.1 主要参数主要参数：IF、VR、IR直流参数:(1)最大整流电流IF-二极管

13、长期工作时允许通过的最大正向平均电流,超过此值可能使二极管过热烧坏。(2)最大反向工作电压VR-二极管在使用时所允许的最大反向电压,超过此值可能使二极管反向击穿。(3)反向电流IR-二极管未击穿时的反向电流,此值越小,二极管单向导电性越好。微变参数QIDVDvDiDoP14 图1-2-10 二极管的电阻vDID规律：iD、vDRD rD 非线性1.2.3.2 小信号模型小信号模型1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管CJ=CT+CDrd+idvdP15 图1-2-11 二极管小信号模型1.3.1 三极管工作原理三极管工作原理1.3.2 BJT伏安特性曲线伏安特性曲线1.3.3 三极管的主

14、要参数三极管的主要参数1.3.4 三极管大信号特性三极管大信号特性1.3.5 三极管小信号等效模型及其参数三极管小信号等效模型及其参数1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)本节内容本节内容1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)-两个PN结构成三极：发射极E、基极B、集电极C三区发射区：杂质浓度很高；基区：杂质浓度很低，很薄；集电区：杂质浓度较高。两结：发射结Je(EB结)、集电结Jc(CB结)两类型号PNPNPN特点：BJT-电流控制(放大)作用。iBBECiCiEBECiBiCiE1.3.1 三极管工作原理三极管工作原理1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)1.3.1.1 BJT

15、内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程(以以NPN共基电路为例共基电路为例)工作条件(外部):Je正偏，vBEVBE(th)VT-发射载流子ECNBPN+JeJcP16 图1-3-3 共基NPN BJT内载流子传输示意图VCC+RcVEE+ReJc反偏，vCB0-吸收载流子电子电流iEniEn(1)E(B)区多子经Je注入B(E)区空穴电流iEpiEpiE=iEn+iEp iEn(2)注入B区的(非平衡)少子的扩散与复合非平衡少子(梯度浓度作用下)：从Je边缘Jc边缘iEiBn(3)C极收集扩散载流子C极吸收icn1iCn1Icn2ICPB区少子 C区ICn2C区少子 B区ICPICBO=I

16、Cn2+ICPJC(E极开路,iE=0时)反向饱和电流iC=iCn1+ICBOiC1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)(4)电流分配关系 经上分析可得：iE=iEn+iEp=(iCn1+iBn)+iEPiB=(iBn+iEp)-ICBO=iB-ICBOiC=iCn1+ICBO可求得:iE=iC+iB(符合基尔第一定律KCL)故各电流关系又可写成故各电流关系又可写成:定义:共基交、直流电流增益(放大系数)ECNBPN+JeJcP16 图1-3-3 共基NPN BJT内载流子传输示意图VCC+RciEniEpiEiBniCn1Icn2ICPiCVEE+ReiB1.3.1.2 共射电路的电流放

17、大作用共射电路的电流放大作用1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)外部工作条件：Je正偏Jc反偏对NPN管vCvBvE 输入iB,输出iC-推理iC与iB关系iBiCRcRbCEBvCE+VCC+VBB+vi+vBEP17 图1-3-4三极管共射电路直流状态,上式可写成：故CE具有较大的电流放大作用。-CE直流放大系数(几十几百)-B极开路，C、E极间穿透电流。其中，-CE交流电流放大系数对PNP管 vCvB0)vCE=0，两PN结并联-与D正向特性相似。vCE0，但数值较小时,吸收力增加，B区复合机会减少，要保持iB不变，所需vBE增加当 vCE1V后,曲线变化小。-曲线右移基区宽度调制

18、效应反向特性(vBE0，JC反偏1V10V604020-4-20 0.20.4 0.6iB(A)-1vBE(V)1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)1.3.2.2 CECE输出特性曲线输出特性曲线21.510.5102030-0.4-0.8vCE(V)iC (mA)010A20A30A40A50AiB=0ICEOiB=-ICBOICBOV(BR)CEOV(BR)CBOP19 图1-3-6 三极管共射输出特性曲线簇反向工作区(1)放大区(vBE0，vCEvBE)-Je 正偏，Jc反偏特点:iC主要受iB控制，受vCE影响小。电流分配关系基区宽度调制效应rce(gce)放大区证明见P24式(

19、1-3-39)-输入端交流开路时输出电导(电阻)-基调效应其中：VA为厄尔利(Early)电压-表示基调效应的一个已知参数；IC是静态(直流)工作点电流。(2)饱和区(vBE0,vCB0)-Je、Jc正偏vCE=vBE临界饱和线vCE=vBE 点连线-临界饱和线特点：iC受vCE影响大，受iB影响小饱和压降 VCE(sat)=f(ICS)一般,VCE(sat)0.40.8V Si0.10.3V Ge饱和区截止区(3)截止区(vBE0)-Je、Jc反偏(4)击穿区-Jc雪崩击穿击穿区击穿电压V(BR)CEO,V(BR)CBO,.(5)反向工作区1.3.3 三极管的主要参数三极管的主要参数1.3.

20、3.1 电流放大系数电流放大系数1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)1.3.3.2 极间反向电流极间反向电流极间反向电流分集电极反向饱和电流ICBO和集电极与发射极间的穿透电流ICEO，1.3.3.3 极限参数极限参数(1)集电极最大允许电流ICM下降到其额定值的2/3时允许的最大集电极电流值。当工作电流ICICM时，及管子性能将显著下降，甚至可能烧毁三极管。(2)集电极最大允许功率损耗PCM 集电极上允许损耗功率的最大值。集电极功耗PC=ICVCE，选择IC、VCE时应确保PCPCM,否则会使管子PN结温度超过额定值TJmax而烧毁三极管。(3)反向击穿电压三极管在实用电路中允许加的最

21、高反向电压。反向击穿电压包括有V(BR)EBO、V(BR)CBO、V(BR)CEO、V(BR)CER、V(BR)CES及V(BR)CEX 以上几种反向击穿电压之间的大小关系为：V(BR)EBOV(BR)CEOV(BR)CERV(BR)CESV(BR)CEX0,vBCVT)模型见P22 图1-3-81.3.4.3 基区宽度调制效应基区宽度调制效应vCE JC宽度 基区有效宽度 iB 、iC可以证明:P24-251.3.5 三极管小信号等效模型及其参数三极管小信号等效模型及其参数1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)iB=(IB+ib)viVBEvBEvCERcVCCvBE=(VBE+vbc)

22、vCE=(VCE+vce)iC=(IC+ic)BEC+P25 图1-3-12 共射放大电路原理图静态vi=0-直流值：iB=IB,vBE=VBEiC=IC,vCE=VCE=VCC-ICRcQ值动态 vi=Vimsint -瞬时值:交流量 ib,vbe,ic,vce(vo)iB=IB+ib,vBE=VBE+vbe=VBE+viiC=IC+ic,vCE=VCE+vce=VCE+vo即即:瞬时值瞬时值=静态静态(直流直流)值值+交流值交流值故：gm-低频跨导注意注意:一般Vim10mv,可应用小信号等效模型进行电路分析;vBE实际上有部分电压降在rbb(基区半导体体电阻)上，仅其中vBE(vBE)落

23、在Je上,相应 vbe(vbe)才是发射结Je上的交流电压。故应 ic=gmvbe1.3.5.1 混合混合型等效电路及其参数型等效电路及其参数1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)P27 图1-3-13 混合型等效电路BBEEr+Crbb(be)CCrrce(1)vbe对ic的控制作用 -gm-低频跨导，表征vbe对ic的控制能力-输出端交流短路下Je结电阻 IC gm(2)vbe对ib的控制作用-rbe把(1-3-48)代入(1-3-51),得基区体电阻1.3.5.1 混合混合型等效电路及其参数型等效电路及其参数1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)P27 图1-3-13 混合型等效

24、电路BBEEr+CrbbrbeCCrrce(3)vce对ic、ib的控制作用基区宽度调制效应由如下参数表征:gce(rce)-输入交流短路下,输出电导(电阻)g(r)-输入交流短路下,反向传输跨导(反偏Jc结电阻)*1.3.5.2 低频小信号等效电路低频小信号等效电路1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)BBEEr+Crbbrcev1(r )beBBEErbe+Crcev1P28 图1-3-14 低频小信号等效模型(a)(b)对任何型号任何类型任何组态的BJT管均适用1.3.5.3 三极管频率参数三极管频率参数(f、fT、f)-描述描述BJT对不同频率信号的放大能力对不同频率信号的放大能力

25、(1)CE截止频率f和特征频率fT(考虑C、C影响)1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)P28 图 1-3-15 求f电路BrbbBEEr+CrceCC1.3.5.3 三极管频率参数三极管频率参数(f、fT、f)-描述描述BJT对不同频率信号的放大能力对不同频率信号的放大能力(1)CE截止频率f和特征频率fT(考虑C、C影响)1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)BrbbBEEr+CrceCCP28 图 1-3-15 求f电路fT-BJT具有电流放大作用的最高工作频率。0f3dB-20dB/decf|(dB)的频率特性波特图0在f f fT时 fT=|f 即：f|当f|=1(或0dB

26、)对应的f 称为fT,即:BrbbBEEr+CrceCCP28 图 1-3-15 求f电路1.3.5.3 三极管频率参数三极管频率参数(f、fT、f)-描述描述BJT对不同频率信号的放大能力对不同频率信号的放大能力1.3 半导体三极管半导体三极管(BJT)(2)CB截止频率f可见f fT f综上所述,有1.4.1 增强型增强型MOS FET(E-NMOS FET)1.4.2 耗尽型耗尽型MOS FET1.4.3 结型结型FET1.4.4 FET主要参数及小信号等效模型主要参数及小信号等效模型1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件本节内容本节内容FET结构1.4 场效应管场

27、效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件结型JFET(内电场效应)绝缘栅型IGFET(MOS FET)(表面场效应)耗尽型增强型N沟道 N-JFETP沟道 P-JFET耗尽型N沟道 E-NMOS FETN沟道 D-NMOS FETP沟道 E-PMOS FETP沟道 D-PMOS FET金属 SiO2 绝缘层GSDBP型硅衬底LN+N+1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件(1)结构1.4.1.1 E-NMOS FET导电沟道的形成导电沟道的形成1.4.1 增强型增强型MOS FETMOS FET基片制备基片制备场效应管的制作：场效应管的制作：埋层扩散埋层扩散制作引线制作

28、引线耗尽型耗尽型MOS FET的制作的制作N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS FET的结构和的结构和N沟道增强型沟道增强型MOS FET基本相同。不同之处只是在制造管基本相同。不同之处只是在制造管子时，栅极下方的子时，栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量正绝缘层中掺入了大量正离子，即使离子，即使vGS=0，靠这些正离子的作用，便，靠这些正离子的作用，便能使能使P型衬底表面出现反型层，并把两个型衬底表面出现反型层，并把两个N+区区连通，形成连通，形成N型导电沟道。型导电沟道。演示演示恢复恢复 +P型硅衬底L1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件(1)结构(2)导电沟道的形成 (v

29、BS=0,vDS=0)a)0vGS 浓度-衬底表面层空间电荷区(耗尽层)-(即未中和的负离子和未复合的空穴 和电子形成以负电荷为主的区)-沟道未形成。b)vGSVGS(th)时开启电压 表面层 、浓度 浓度N型导电层连通两N 区。形成N型沟道。反型层金属 SiO2 绝缘层N+N+P30 图1-4-1 ENMOS FET(a)结构示意图DBGS(b)电路符号GSDB+_vGS(a)0vGSvGS(th)1.4.1.1 E-NMOS FET导电沟道的形成导电沟道的形成1.4.1 增强型增强型MOS FETMOS FET1.4.1.2 E-NMOS FET的工作原理的工作原理1.4 场效应管场效应管

30、(FET)-电压控制器件电压控制器件L(1)vDS=C(0):vGSVGS(th),沟道已形成-iD0若vGSiD当 vGSVGS(th):(a)0vDSVGS(th)vDSiD(线性)呈线性电阻R=vDSiD(沟道厚度分布呈斜线状)(b)vDS=vGS-VGS(th)vGD=VGS(th)P型硅衬底BN+N+_vGSP32 图1-4-3 在vDSVGS(th)时,vDS对ENMOS FET的影响+_vDSD极N+区边缘-沟道临界预夹断(c)vDSVGS-VGS(th)vGDvGS(th)-沟道形成；在预夹断前(vGD=vGS-vDS VGS(th)，iD受vGS和vDS的控制；预夹断后(vG

31、DVGS(th)，iD主要受vGS控制，受vDS影响小。(仅存在沟道长度调制效应)夹断后(vGSVGS(th)、vGD=vGS-vDSVGS(th)特点:iD受vGS、vDS控制,vGS R-VCRiD=n(vGS-VGS(th)vDS-vDS (1-4-2)212FET的增益系数p34 图1-4-5 E-NMOS FET转移特性曲线iDvGS(V)1230246(mA)vDS=10VVGS(th)放大区(恒流区)(vGSVGS(th)、vGD=vGS-vDSVGS(th)特点:iD主要受vGS控制,受vDS影响小。(2)转移特性曲线iD=f(vGS)|(0)vDS=C(vGSVGS(th),

32、0)(1-4-7)VA-厄尔利电压1.4.2 耗尽型耗尽型MOS FETMOS FET1.4.2.1 结构与工作原理结构与工作原理工作原理:p35 图1-4-6 DNMOS FET(a)结构示意图(b)电路符号P型衬底GSDBN+N+_vGS+_vDSDBGSvGS=0,沟道已形成;1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件vGSVGS(off)(VGS(off)；vDS 0vDS较小时,vDSiD (线性)vDSvDSvGS-VGS(off)即vGD=vGS-vDSVGS(off)-预夹断iD主要受vGS控制,受vDS影响(沟道调制效应)小。1.4.2.2 特性曲线特性曲线

33、1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件放放大大区区vDS=vGS-vGS(off)1V-2V-3VVGS=2V可可变变电电阻阻区区iDvDS(V)246805102015(mA)-1V0iDvGS(V)46802-4-2(mA)vDS=(20V)vGS(off)2IDSS(a)输出特性(b)转移特性P35 图1-4-7 DNMOS FET 特性曲线(1)可变电阻区vGSVGS(off),vGD=vGS-vDSVGS(off)(2)放大区vGSVGS(off),vGD=vGS-vDS0 N沟道0 P沟道饱和漏电流 IDSS-DMOS FET、JFET直流电阻RGS(2)交流

34、参数其它：Cgs、Cgd、Cds、NF(3)极限参数 IDM、PDM、V(BR)DS、V(BR)GSEMOS FETDMOS FET、JFET1.4.4.2 小信号等效模型小信号等效模型1.4 场效应管场效应管(FET)-电压控制器件电压控制器件CgdCdsid+vgsvdsCgsrgsrdsgmvgsGSDS图1-4-12 FET低频小信号模型 1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，

35、实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。埋层扩散外延制作隔离区制作基区制作发射极制作引线P从直径约5cm的单晶棒上切下厚度为0.03cm的P型硅圆片作基片(衬底)，经抛光和蚀刻直到表面光滑发亮、清洁和厚度减为0.01cm。基片制备基片制备埋层扩散埋层扩散1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路

36、中的元件及其特点对P型基片表面氧化生成厚0.0001cm的SiO2层；涂光致抗蚀剂滴在基片表面,使基片旋转，借离心力使基片上均匀涂敷一层光致抗蚀剂；对P型基片覆盖掩膜和光刻,并进行施主杂质高浓度扩散，形成型低电阻掩埋层，集成电路元件将制作在掩埋层上面。PN+N+N+基片制备 外延制作隔离区制作基区制作发射极制作引线 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处

37、理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。外延外延1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点用外延工艺在P型基片及N+型掩埋层表面生长一个厚度为0.001cm的N型外延层，作为制造电路元件的基础。N型外延层PN+N+N+基片制备埋层扩散 制作隔离区制作基区制作发射极制作引线完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结

38、在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。制作隔离区制作隔离区1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点对N型外延层表面氧化、涂光致抗蚀剂、覆盖掩膜和光刻,并进行受主杂质硼的高浓度扩散,形

39、成与P型基片相通的P+型隔离槽，把硅基片分成许多互相绝缘的区域,称为隔离岛或阱。各元件将制作在各自的阱内,当P型基片接电路中的最低电位时，每个N型阱与P区之间的PN结反偏,实现各元件间的隔离。PN+N+N+NNNP+P+P+P+基片制备埋层扩散外延 制作基区制作发射极制作引线 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造

40、集成电路需经过如下工艺流程。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。制作基区制作基区1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点对制作了隔离岛的硅片表面进行氧化、涂光致抗蚀剂、覆盖选择基区和所需电阻的掩膜和光刻，并进行受主杂质硼的扩散形成P型基区和电阻。PN+N+N+NNNP+P+P+P+PP基片制备埋层扩散外延制作隔离区 制作发射极制作引线 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极

41、管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。制作发射极制作发射极1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点对硅片表面再进行氧化、涂光致抗蚀剂,覆盖选择发射区和电容板位置的掩膜，再进行光刻

42、,然后进行施主杂质磷的高浓度扩散，形成N+型发射区和电容的下极板。原有的N型外延层就是三极管的集电区。PN+N+N+NNNP+P+P+P+PPN+N+基片制备埋层扩散外延制作隔离区制作基区 制作引线 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片

43、(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。制作引线制作引线1.5 集成电路中的元件及其特点集成电路中的元件及其特点对基片重新进行氧化、涂光致抗蚀剂、覆盖选择用作引线和连线位置的掩膜，并进行光刻得到引线和连线的窗口；然后用蒸铝工艺制作元件间的铝箔连线、集成电路引线衬垫及电容的金属上极板，金属下面的SiO2层用作绝缘层及电容的介质。PN+N+N+NNNP+P+P+P+PPPPNPNBJTRC基片制备埋层扩散外延制作隔离区制作基区制作发射极 集成电路是60年代初发展起来的一种半导体器件，它以材料、制造工艺和电路设计为基础,把半导体三极管、场效应管、二极管、电阻、电容及它们间的连线集成在一块硅基片上。构成一个具有一定功能的集成组件，实现了元件、电路和系统的结合，广泛地应用于计算机技术、自动控制、精密测量、遥控遥测、信息处理及通信工程等领域中。利用平面扩散法制造集成电路需经过如下工艺流程。完成上述各道工序后,还要对个独立电路进行测试、划片(即将基片上各集成电路芯片切割开)、合格芯片烧结在金属化陶瓷管座上、压焊引出线、封装、老化、成品测试、分档、打印等工序，制成集成电路组件。The END