第01章半导体器件基础精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共一百四十一页第第1章章 半导体器件基础半导体器件基础 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 半半 导导 体体 三三 极极 管管1.4 场场 效效 应应 管管本讲稿第二页，共一百四十一页1.1 半半导导体基体基础础知知识识 自自然然界界中中的的物物质质，按按其其导导电电能能力力可可分分为三大类：导体、半导体和绝缘体。为三大类：导体、半导体和绝缘体。半导体的特点：半导体的特点：热敏性光敏性掺杂性 本讲稿第三页，共一百四十一页1.1.1 本征半导体 完完全全纯纯净净的的、结结构构完完整整的的半半导导体体材材料料称称为为本征半本征半导导体。体。1.

2、本征半导体的原子结构及共价键 共价键内的两个电子由相邻的原子各共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。图用一个价电子组成，称为束缚电子。图1.1所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。本讲稿第四页，共一百四十一页图1.1 硅和锗的原子结构和共价键结构 本讲稿第五页，共一百四十一页2.本征激发和两种载流子自由电子和空穴 温温度度越越高高，半半导导体体材材料料中中产产生生的的自自由由电电子子便便越越多多。束束缚缚电电子子脱脱离离共共价价键键成成为为自自由由电电子子后后，在在原原来来的的位位置置留留有有一一个个空空位位，称此空位称此空位为为空穴

3、。空穴。本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴成成对对出出现现，数数目目相相同同。图图1.2所所示示为为本本征征激激发发所所产产生的生的电电子空穴子空穴对对。本讲稿第六页，共一百四十一页图图1.2 本征激本征激发产发产生生电电子空穴子空穴对对本讲稿第七页，共一百四十一页 如如图图1.3所所示示，空空穴穴（如如图图中中位位置置1）出出现现以以后后，邻邻近近的的束束缚缚电电子子（如如图图中中位位置置2）可可能能获获取取足足够够的的能能量量来来填填补补这这个个空空穴穴，而而在在这这个个束束缚缚电电子子的的位位置置又又出出现现一一个个新新的的空空位位，另另一一个个束束缚缚电电子子（如如

4、图图中中位位置置3）又又会会填填补补这这个个新新的的空空位位，这这样样就就形形成成束束缚缚电电子子填填补补空空穴穴的的运运动动。为为了了区区别别自自由由电电子子的的运运动动，称称此此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。本讲稿第八页，共一百四十一页 图图1.3 束束缚电缚电子填子填补补空穴的运空穴的运动动本讲稿第九页，共一百四十一页3.结 论 （1）半半导导体体中中存存在在两两种种载载流流子子，一一种种是是带带负负电电的的自自由由电电子子，另另一一种种是是带带正正电电的的空穴，它空穴，它们们都可以运都可以运载电载电荷形成荷形成电电流。流。（2）本本征征半半导导体体

5、中中，自自由由电电子子和和空空穴穴相伴相伴产产生，数目相同。生，数目相同。本讲稿第十页，共一百四十一页 （3）一一定定温温度度下下，本本征征半半导导体体中中电电子子空空穴穴对对的的产产生生与与复复合合相相对对平平衡衡，电电子子空空穴穴对对的数目相的数目相对稳对稳定。定。（4）温温度度升升高高，激激发发的的电电子子空空穴穴对对数数目增加，半目增加，半导导体的体的导电导电能力增能力增强强。空空穴穴的的出出现现是是半半导导体体导导电电区区别别导导体体导导电电的的一个主要特征。一个主要特征。本讲稿第十一页，共一百四十一页1.1.2 杂质半导体 在在本本征征半半导导体体中中加加入入微微量量杂杂质质，可可

6、使使其其导导电电性性能能显显著著改改变变。根根据据掺掺入入杂杂质质的的性性质质不不同同，杂杂质质半半导导体体分分为为两两类类：电电子子型型（N型）半型）半导导体和空穴型（体和空穴型（P型）半型）半导导体。体。本讲稿第十二页，共一百四十一页1.N型半导体 在在硅硅（或或锗锗）半半导导体体晶晶体体中中，掺掺入入微微量量的的五五价价元元素素，如如磷磷（P）、砷砷（As）等等，则则构成构成N型半型半导导体。体。本讲稿第十三页，共一百四十一页 五五价价的的元元素素具具有有五五个个价价电电子子，它它们们进进入入由由硅硅（或或锗锗）组组成成的的半半导导体体晶晶体体中中，五五价价的的原原子子取取代代四四价价的

7、的硅硅（或或锗锗）原原子子，在在与与相相邻邻的的硅硅（或或锗锗）原原子子组组成成共共价价键键时时，因因为为多多一一个个价价电电子子不不受受共共价价键键的的束束缚缚，很很容容易易成成为为自自由由电电子子，于于是是半半导导体体中中自自由由电电子子的的数数目目大大量量增增加加。自自由由电电子子参参与与导导电电移移动动后后，在在原原来来的的位位置置留留下下一一个个不不能能移移动动的的正正离离子子，半半导导体体仍仍然然呈呈现现电电中中性性，但但与与此此同同时时没有相没有相应应的空穴的空穴产产生，如生，如图图1.4所示。所示。本讲稿第十四页，共一百四十一页图1.4 N型半导体的共价键结构 本讲稿第十五页，

8、共一百四十一页2.P型半导体 在在硅硅（或或锗锗）半半导导体体晶晶体体中中，掺掺入入微微量量的的三三价价元元素素，如如硼硼（B）、铟铟（In）等等，则则构成构成P型半型半导导体。体。本讲稿第十六页，共一百四十一页 三三价价的的元元素素只只有有三三个个价价电电子子，在在与与相相邻邻的的硅硅（或或锗锗）原原子子组组成成共共价价键键时时，由由于于缺缺少少一一个个价价电电子子，在在晶晶体体中中便便产产生生一一个个空空位位，邻邻近近的的束束缚缚电电子子如如果果获获取取足足够够的的能能量量，有有可可能能填填补补这这个个空空位位，使使原原子子成成为为一一个个不不能能移移动动的的负负离离子子，半半导导体体仍仍

9、然然呈呈现现电电中中性性，但但与与此此同同时时没没有有相相应应的的自自由由电电子子产产生生，如如图图1.5所示。所示。本讲稿第十七页，共一百四十一页图1.5 P型半导体共价键结构 本讲稿第十八页，共一百四十一页 P型型半半导导体体中中，空空穴穴为为多多数数载载流流子子（多多子子），自自由由电电子子为为少少数数载载流流子子（少少子子）。P型半型半导导体主要靠空穴体主要靠空穴导电导电。本讲稿第十九页，共一百四十一页1.1.3 PN结及其单向导电性1.PN结的形成 多多数数载载流流子子因因浓浓度度上上的的差差异异而而形形成成的的运运动动称称为扩为扩散运散运动动，如，如图图1.6所示。所示。本讲稿第二

10、十页，共一百四十一页图1.6 P型和N型半导体交界处载流子的扩散 本讲稿第二十一页，共一百四十一页 由由于于空空穴穴和和自自由由电电子子均均是是带带电电的的粒粒子子，所所以以扩扩散散的的结结果果使使P区区和和N区区原原来来的的电电中中性性被被破破坏坏，在在交交界界面面的的两两侧侧形形成成一一个个不不能能移移动动的的带带异异性性电电荷荷的的离离子子层层，称称此此离离子子层层为为空空间间电电荷荷区区，这这就就是是所所谓谓的的PN结结，如如图图1.7所所示示。在在空空间间电电荷荷区区，多多数数载载流流子子已已经经扩扩散散到到对对方方并并复复合合掉掉了了，或或者者说说消消耗耗尽尽了了，因此又称空因此又

11、称空间电间电荷区荷区为为耗尽耗尽层层。本讲稿第二十二页，共一百四十一页图1.7 PN结的形成 本讲稿第二十三页，共一百四十一页 空空间间电电荷荷区区出出现现后后，因因为为正正负负电电荷荷的的作作用用，将将产产生生一一个个从从N区区指指向向P区区的的内内电电场场。内内电电场场的的方方向向，会会对对多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动动起起阻阻碍碍作作用用。同同时时，内内电电场场则则可可推推动动少少数数载载流流子子（P区区的的自自由由电电子子和和N区区的的空空穴穴）越越过过空空间间电电荷荷区区，进进入入对对方方。少少数数载载流流子子在在内内电电场场作作用用下下有有规规则则的的运运动动称称为为漂漂

12、移移运运动动。漂漂移移运运动动和和扩扩散散运运动动的的方方向向相相反反。无无外外加加电电场场时时，通通过过PN结结的的扩扩散散电电流流等等于于漂漂移移电电流流，PN结结中中无无电电流流流流过过，PN结结的的宽宽度度保持一定而保持一定而处处于于稳稳定状定状态态。本讲稿第二十四页，共一百四十一页2.PN结的单向导电性 如如果果在在PN结结两两端端加加上上不不同同极极性性的的电电压压，PN结结会呈会呈现现出不同的出不同的导电导电性能。性能。（1）PN结外加正向电压 PN结结P端接高电位，端接高电位，N端接低电位，称端接低电位，称PN结外加正向电压，又称结外加正向电压，又称PN结正向偏置，结正向偏置，

13、简称为正偏，如图简称为正偏，如图1.8所示。所示。本讲稿第二十五页，共一百四十一页图1.8 PN结外加正向电压 本讲稿第二十六页，共一百四十一页（2）PN结外加反向电压 PN结结P端接低电位，端接低电位，N端接高电位，端接高电位，称称PN结外加反向电压，又称结外加反向电压，又称PN结反向偏置，结反向偏置，简称为反偏，如图简称为反偏，如图1.9所示。所示。本讲稿第二十七页，共一百四十一页图1.9 PN结外加反向电压 本讲稿第二十八页，共一百四十一页 PN结结的的单单向向导导电电性性是是指指PN结结外外加加正正向向电电压压时时处处于于导导通通状状态态，外外加加反反向向电电压压时时处处于截止状于截止

14、状态态。本讲稿第二十九页，共一百四十一页1.2 半半导导体二极管体二极管1.2.1 二极管的结构及符号 半半导导体体二二极极管管同同PN结结一一样样具具有有单单向向导导电电性性。二二极极管管按按半半导导体体材材料料的的不不同同可可以以分分为为硅硅二二极极管管、锗锗二二极极管管和和砷砷化化镓镓二二极极管管等等。可可分分为为点点接接触触型型、面面接接触触型型和和平平面面型型二二极极管三管三类类，如，如图图1.10所示。所示。本讲稿第三十页，共一百四十一页图图1.10 不同不同结结构的各构的各类类二极管二极管本讲稿第三十一页，共一百四十一页 图图1.11所所示示为为二二极极管管的的符符号号。由由P端

15、端引引出出的的电电极极是是正正极极，由由N端端引引出出的的电电极极是是负负极极，箭箭头头的的方方向向表表示示正正向向电电流流的的方方向向，VD是二极管的文字符号。是二极管的文字符号。图图1.11 二极管的符号二极管的符号本讲稿第三十二页，共一百四十一页 常常见见的的二二极极管管有有金金属属、塑塑料料和和玻玻璃璃三三种种封封装装形形式式。按按照照应应用用的的不不同同，二二极极管管分分为为整整流流、检检波波、开开关关、稳稳压压、发发光光、光光电电、快快恢恢复复和和变变容容二二极极管管等等。根根据据使使用用的的不不同同，二二极极管管的的外外形形各各异异，图图1.12所示所示为为几种常几种常见见的二极

16、管外形。的二极管外形。本讲稿第三十三页，共一百四十一页图图1.12 常见的二极管外形常见的二极管外形 本讲稿第三十四页，共一百四十一页1.2.2 二极管的伏安特性及主要参数1.二极管的伏安特性 二二极极管管两两端端的的电电压压U及及其其流流过过二二极极管管的的电电流流I之之间间的的关关系系曲曲线线，称称为为二二极极管管的的伏安特性。伏安特性。本讲稿第三十五页，共一百四十一页（1）正向特性 二二极极管管外外加加正正向向电电压压时时，电电流流和和电电压压的的关关系系称称为为二二极极管管的的正正向向特特性性。如如图图1.13所所示示，当当二二极极管管所所加加正正向向电电压压比比较较小小时时（0UIB

17、，而而且且有有IC与与IB的比的比值值近似相等，大近似相等，大约约等于等于50。本讲稿第七十页，共一百四十一页（3）对对表表1.4中中任任两两列列数数据据求求IC和和IB变变化化量量的的比比值值，结结果仍然近似相等，果仍然近似相等，约约等于等于50。（4）从从表表1.4中中可可知知，当当IB=0（基基极极开开路路）时时，集集电电极极电电流流的的值值很很小小，称称此此电电流流为为三三极极管的穿透管的穿透电电流流ICEO。穿透。穿透电电流流ICEO越小越好。越小越好。本讲稿第七十一页，共一百四十一页2.三极管实现电流分配的原理 上上述述实实验验结结论论可可以以用用载载流流子子在在三三极极管管内内部

18、部的的运运动动规规律律来来解解释释。图图1.29为为三三极极管管内部内部载载流子的流子的传输传输与与电电流分配示意流分配示意图图。本讲稿第七十二页，共一百四十一页图图图图1.29 1.29 三极管内部三极管内部三极管内部三极管内部载载载载流子的流子的流子的流子的传输传输传输传输与与与与电电电电流分配示意流分配示意流分配示意流分配示意图图图图本讲稿第七十三页，共一百四十一页 （1）发发射区向基区射区向基区发发射自由射自由电电子，形子，形成成发发射极射极电电流流IE。（2）自由）自由电电子在基区与空穴复合，形子在基区与空穴复合，形成基极成基极电电流流IB。（3）集）集电电区收集从区收集从发发射区射

19、区扩扩散散过过来的来的自由自由电电子，形成集子，形成集电电极极电电流流IC。本讲稿第七十四页，共一百四十一页3.结论（1）要要使使三三极极管管具具有有放放大大作作用用，发发射射结结必必须须正向偏置，而集正向偏置，而集电结电结必必须须反向偏置。反向偏置。（2）一般有）一般有1；通常；通常认为认为。（3）三极管的）三极管的电电流分配及放大关系式流分配及放大关系式为为：IE=IC+IB IC=IB 本讲稿第七十五页，共一百四十一页1.3.3 三极管的特性曲线及主要参数1.三极管的特性曲线 三三极极管管的的特特性性曲曲线线是是指指三三极极管管的的各各电电极极电电压压与与电电流流之之间间的的关关系系曲曲

20、线线，它它反反映映出出三三极极管管的的特特性性。它它可可以以用用专专用用的的图图示示仪仪进进行行显显示示，也也可可通通过过实实验验测测量量得得到到。以以NPN型型硅硅三三极管极管为为例，其常用的特性曲例，其常用的特性曲线线有以下两种。有以下两种。本讲稿第七十六页，共一百四十一页（1）输入特性曲线 它它是是指指一一定定集集电电极极和和发发射射极极电电压压UCE下下，三三极极管管的的基基极极电电流流IB与与发发射射结结电电压压UBE之之间间的的关关系系曲曲线线。实实验验测测得得三三极极管管的的输输入入特特性性曲曲线线如如图图1.30所示。所示。本讲稿第七十七页，共一百四十一页 图图1.30 三极管

21、的输入特性曲线三极管的输入特性曲线 本讲稿第七十八页，共一百四十一页（2）输出特性曲线 它它是是指指一一定定基基极极电电流流IB下下，三三极极管管的的集集电电极极电电流流IC与与集集电电结结电电压压UCE之之间间的的关关系系曲曲线线。实实验验测测得得三三极极管管的的输输出出特特性性曲曲线线如如图图1.31所示。所示。本讲稿第七十九页，共一百四十一页图图1.31 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线 本讲稿第八十页，共一百四十一页 一一般般把把三三极极管管的的输输出出特特性性分分为为3个个工工作作区域，下面分区域，下面分别别介介绍绍。截止区 三极管工作在截止状三极管工作在截止状态时态时，具有

22、以下，具有以下几个特点：几个特点：（a）发发射射结结和集和集电结电结均反向偏置；均反向偏置；（b）若不）若不计计穿透穿透电电流流ICEO，有，有IB、IC近似近似为为0；（c）三极管的集）三极管的集电电极和极和发发射极之射极之间电间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。阻很大，三极管相当于一个开关断开。本讲稿第八十一页，共一百四十一页 放大区 图图1.31中中，输输出出特特性性曲曲线线近近似似平平坦坦的的区区域域称称为为放放大大区区。三三极极管管工工作作在在放放大大状状态时态时，具有以下特点：，具有以下特点：（a）三三极极管管的的发发射射结结正正向向偏偏置置，集集电结电结反向偏置；反向偏置；（b

23、）基基极极电电流流IB微微小小的的变变化化会会引引起起集集电电极极电电流流IC较较大大的的变变化化，有有电电流流关关系系式：式：IC=IB；本讲稿第八十二页，共一百四十一页 （c）对对NPN型型的的三三极极管管，有有电电位位关关系系：UCUBUE；（d）对对NPN型型硅硅三三极极管管，有有发发射射结结电电压压 UBE0.7V；对对 NPN型型 锗锗 三三 极极 管管，有有UBE0.2V。本讲稿第八十三页，共一百四十一页 饱和区 三三极极管管工工作作在在饱饱和和状状态态时时具具有有如如下下特点：特点：（a）三三极极管管的的发发射射结结和和集集电电结结均均正向偏置；正向偏置；（b）三三极极管管的的

24、电电流流放放大大能能力力下下降降，通常有通常有ICIB；本讲稿第八十四页，共一百四十一页 （c）UCE的的值值很很小小，称称此此时时的的电电压压UCE为为三三极极管管的的饱饱和和压压降降，用用UCES表表示示。一一般般硅硅三三极极管管的的UCES约约为为0.3V，锗锗三三极极管管的的UCES约为约为0.1V；（d）三三极极管管的的集集电电极极和和发发射射极极近近似似短短接，三极管接，三极管类类似于一个开关似于一个开关导导通。通。三极管作为开关使用时，通常工作在三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。时，一

25、般要工作在放大状态。本讲稿第八十五页，共一百四十一页2.三极管的主要参数 三三极极管管的的参参数数有有很很多多，如如电电流流放放大大系系数数、反反向向电电流流、耗耗散散功功率率、集集电电极极最最大大电电流流、最最大大反反向向电电压压等等，这这些些参参数数可可以以通通过过查查半半导导体体手手册册来来得得到到。三三极极管管的的参参数数是是正正确确选选定定三三极极管管的的重重要要依依据据，下下面面介介绍绍三三极极管的几个主要参数。管的几个主要参数。本讲稿第八十六页，共一百四十一页（1）共）共发发射极射极电电流放大系数流放大系数和和 它它是是指指从从基基极极输输入入信信号号，从从集集电电极极输输出出信

26、信号号，此此种种接接法法（共共发发射射极极）下下的的电电流流放大系数。放大系数。本讲稿第八十七页，共一百四十一页（2）极间反向电流 集电极基极间的反向饱和电流ICBO 集电极发射极间的穿透电流ICEO本讲稿第八十八页，共一百四十一页（3）极限参数 集电极最大允许电流ICM 集电极最大允许功率损耗PCM 反向击穿电压本讲稿第八十九页，共一百四十一页图1.32 三极管的安全工作区 本讲稿第九十页，共一百四十一页3.温度对三极管特性的影响 同同二二极极管管一一样样，三三极极管管也也是是一一种种对对温温度度十十分分敏敏感感的的器器件件，随随温温度度的的变变化化，三三极极管的性能参数也会改管的性能参数也

27、会改变变。图图1.33和和图图1.34所所示示为为三三极极管管的的特特性性曲曲线线受温度的影响情况。受温度的影响情况。本讲稿第九十一页，共一百四十一页图图1.33 温度温度对对三极管三极管输输入特性的影响入特性的影响本讲稿第九十二页，共一百四十一页图图1.34 温度对三极管输出特性的影响温度对三极管输出特性的影响 本讲稿第九十三页，共一百四十一页1.3.4 三极管的检测1.已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏（1）测量极间电阻（2）三极管穿透电流ICEO大小的判断（3）电流放大系数的估计本讲稿第九十四页，共一百四十一页 2.判别三极管的管脚（1）判定基极和管型（2）判定集电极c和发射极

28、e本讲稿第九十五页，共一百四十一页图1.35 判别三极管c、e电极的原理图 本讲稿第九十六页，共一百四十一页1.3.5 特殊三极管1.光电三极管 光光电电三三极极管管又又叫叫光光敏敏三三极极管管，是是一一种种相相当当于于在在三三极极管管的的基基极极和和集集电电极极之之间间接接入入一一只只光光电电二二极极管管的的三三极极管管，光光电电二二极极管管的的电电流流相相当当于于三三极极管管的的基基极极电电流流。从从结结构构上上讲讲，此此类类管管子子基基区区面面积积比比发发射射区区面面积积大大很很多多，光光照照面面积积大大，光光电电灵灵敏敏度度比比较较高高，因因为为具具有有电电流流放放大大作作用用，在在集

29、集电电极极可可以以输输出出很大的光很大的光电电流。流。本讲稿第九十七页，共一百四十一页 光光电电三三极极管管有有塑塑封封、金金属属封封装装（顶顶部部为为玻玻璃璃镜镜窗窗口口）、陶陶瓷瓷、树树脂脂等等多多种种封封装装结结构构，引引脚脚分分为为两两脚脚型型和和三三脚脚型型。一一般般两两个个管管脚脚的的光光电电三三极极管管，管管脚脚分分别别为为集集电电极极和和发发射射极极，而而光光窗窗口口则则为为基基极极。图图1.36所所示示为为光光电电三极管的等效三极管的等效电电路、符号和外形。路、符号和外形。本讲稿第九十八页，共一百四十一页图1.36 光电三极管的符号、等效电路和外形 本讲稿第九十九页，共一百四

30、十一页2.光耦合器 光光耦耦合合器器是是把把发发光光二二极极管管和和光光电电三三极极管管组组合合在在一一起起的的光光电电转转换换器器件件。图图1.37所示所示为为光耦合器的一般符号。光耦合器的一般符号。本讲稿第一百页，共一百四十一页图1.37 光耦合器的一般符号 本讲稿第一百零一页，共一百四十一页3.达林顿管（复合管）达达林林顿顿管管是是指指两两个个或或两两个个以以上上的的三三极极管管按按一一定定方方式式连连接接而而成成的的管管子子，电电流流放放大大系数及系数及输输入阻抗都比入阻抗都比较较大。大。达达林林顿顿管管分分为为普普通通达达林林顿顿管管和和大大功功率率达达林林顿顿管管，主主要要用用于于

31、音音频频功功率率放放大大、电电源源稳压稳压、大、大电电流流驱动驱动、开关控制等、开关控制等电电路。路。本讲稿第一百零二页，共一百四十一页1.4 场场 效效 应应 管管 场场效效应应管管则则是是一一种种电电压压控控制制器器件件，它它是是利利用用电电场场效效应应来来控控制制其其电电流流的的大大小小，从从而而实实现现放放大大。场场效效应应管管工工作作时时，内内部部参参与与导导电电的的只只有有多多子子一一种种载载流流子子，因因此此又又称称为为单单极性器件。极性器件。根根据据结结构构不不同同，场场效效应应管管分分为为两两大大类类，结结型型场场效效应应管和管和绝缘栅场绝缘栅场效效应应管。管。本讲稿第一百零

32、三页，共一百四十一页1.4.1 结型场效应管 结结型型场场效效应应管管分分为为N沟沟道道结结型型管管和和P沟沟道道结结型型管管，它它们们都都具具有有3个个电电极极：栅栅极极、源源极极和和漏漏极极，分分别别与与三三极极管管的的基基极极、发发射射极极和集和集电电极相极相对应对应。本讲稿第一百零四页，共一百四十一页1.结型场效应管的结构与符号 图图1.38所所示示为为N沟沟道道结结型型场场效效应应管管的的结结构构与与符符号号，结结型型场场效效应应管管符符号号中中的的箭箭头头，表示由表示由P区指向区指向N区。区。本讲稿第一百零五页，共一百四十一页图图1.38 N沟道沟道结结型管的型管的结结构与符号构与

33、符号本讲稿第一百零六页，共一百四十一页 P沟沟道道结结型型场场效效应应管管的的构构成成与与N沟沟道道类类似似，只只是是所所用用杂杂质质半半导导体体的的类类型型要要反反过过来来。图图1.39所示所示为为P沟道沟道结结型型场场效效应应管的管的结结构与符号。构与符号。本讲稿第一百零七页，共一百四十一页图图1.39 P沟道结型管的结构与符号沟道结型管的结构与符号 本讲稿第一百零八页，共一百四十一页2.N沟道结型场效应管的工作原理 （1）当当栅栅源源电电压压UGS=0时时，两两个个PN结结的的耗耗尽尽层层比比较较窄窄，中中间间的的N型型导导电电沟沟道道比比较宽较宽，沟道，沟道电电阻小，如阻小，如图图1.

34、40所示。所示。本讲稿第一百零九页，共一百四十一页图1.40 UGS=0时的导电沟道 本讲稿第一百一十页，共一百四十一页 （2）当当UGS0时时，两两个个PN结结反反向向偏偏置置，PN结结的的耗耗尽尽层层变变宽宽，中中间间的的N型型导导电电沟沟道道相相应变应变窄，沟道窄，沟道导导通通电电阻增大，如阻增大，如图图1.41所示。所示。本讲稿第一百一十一页，共一百四十一页图图1.41 UGS0时的导电沟道时的导电沟道 本讲稿第一百一十二页，共一百四十一页图1.42 UGSUP时的导电沟道 本讲稿第一百一十三页，共一百四十一页 （3）当当UP0时时，可可产产生生漏漏极极电电流流ID。ID的的大大小小将

35、将随随栅栅源源电电压压UGS的的变变化化而而变变化化，从从而而实实现现电电压压对对漏漏极极电电流流的的控制作用。控制作用。UDS的的存存在在，使使得得漏漏极极附附近近的的电电位位高高，而而源源极极附附近近的的电电位位低低，即即沿沿N型型导导电电沟沟道道从从漏漏极极到到源源极极形形成成一一定定的的电电位位梯梯度度，这这样样靠靠近近漏漏极极附附近近的的PN结结所所加加的的反反向向偏偏置置电电压压大大，耗耗尽尽层层宽宽；靠靠近近源源极极附附近近的的PN结结反反偏偏电电压压小小，耗耗尽尽层层窄窄，导导电电沟沟道道成成为为一一个个楔楔形，如形，如图图1.43所示。所示。本讲稿第一百一十四页，共一百四十一

36、页图图1.43 UGS和和UDS共同作用的情况共同作用的情况 本讲稿第一百一十五页，共一百四十一页 为为实实现现场场效效应应管管栅栅源源电电压压对对漏漏极极电电流流的的控控制制作作用用，结结型型场场效效应应管管在在工工作作时时，栅栅极和源极之极和源极之间间的的PN结结必必须须反向偏置。反向偏置。本讲稿第一百一十六页，共一百四十一页3.结型场效应管的特性曲线及主要参数（1）输出特性曲线 输出特性曲线是指栅源电压输出特性曲线是指栅源电压UGS一定一定时，漏极电流时，漏极电流ID与漏源电压与漏源电压UDS之间的关之间的关系曲线，如图系曲线，如图1.44所示。所示。本讲稿第一百一十七页，共一百四十一页

37、图1.44 N沟道结型场效应管的输出特性曲线 本讲稿第一百一十八页，共一百四十一页场场效效应应管的管的输输出特性曲出特性曲线线可分可分为为四个区域：四个区域：可变电阻区恒流区截止区（夹断区）击穿区本讲稿第一百一十九页，共一百四十一页（2）转移特性曲线 在在场场效效应应管管的的UDS一一定定时时，ID与与UGS之之间间的的关关系系曲曲线线称称为为场场效效应应管管的的转转移移特特性性曲曲线线，如如图图1.45所所示示。它它反反映映了了场场效效应应管管栅栅源源电压对电压对漏极漏极电电流的控制作用。流的控制作用。本讲稿第一百二十页，共一百四十一页图图1.45 N沟道沟道结结型型场场效效应应管的管的转转

38、移特性曲移特性曲线线本讲稿第一百二十一页，共一百四十一页 当当UGS=0时时，导导电电沟沟道道电电阻阻最最小小，ID最最大大，称此称此电电流流为场为场效效应应管的管的饱饱和漏极和漏极电电流流IDSS。当当UGS=UP时时，导导电电沟沟道道被被完完全全夹夹断断，沟沟道道电电阻最大，此阻最大，此时时ID=0，称，称UP为夹为夹断断电压电压。本讲稿第一百二十二页，共一百四十一页（3）主要参数 夹断电压（UP）饱和漏极电流IDSS 直流输入电阻（RGS）最大耗散功率（PDM）低频跨导（gm）漏源击穿电压（U（BR）DS）栅源击穿电压（U（BR）GS）本讲稿第一百二十三页，共一百四十一页1.4.2 绝缘

39、栅场效应管 绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管是是由由金金属属（Metal）、氧氧化化物物（Oxide）和和半半导导体体（Semiconductor）材材料料构构成成的的，因因此此又又叫叫MOS管。管。绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管分分为为增增强强型型和和耗耗尽尽型型两两种，每一种又包括种，每一种又包括N沟道和沟道和P沟道两种沟道两种类类型。型。本讲稿第一百二十四页，共一百四十一页（1）结构与符号 以以N沟沟道道增增强强型型MOS管管为为例例，它它是是以以P型型半半导导体体作作为为衬衬底底，用用半半导导体体工工艺艺技技术术制制作作两两个个高高浓浓度度的的N型型区区，两两个个N型型区区分分别别引引出出一

40、一个个金金属属电电极极，作作为为MOS管管的的源源极极S和和漏漏极极D；在在P形形衬衬底底的的表表面面生生长长一一层层很很薄薄的的SiO2绝绝缘缘层层，绝绝缘缘层层上上引引出出一一个个金金属属电电极极称称为为MOS管管的的栅栅极极G。B为为从从衬衬底底引引出出的的金金属属电电极极，一一般般工工作作时时衬衬底底与与源源极极相相连连。图图1.46所所示示为为N沟沟道道增增强强型型MOS管管的的结结构构与与符符号。号。本讲稿第一百二十五页，共一百四十一页图图1.46 N沟道增沟道增强强型型MOS管的管的结结构与符号构与符号本讲稿第一百二十六页，共一百四十一页 符符号号中中的的箭箭头头表表示示从从P区

41、区（衬衬底底）指指向向N区（区（N沟道），虚沟道），虚线线表示增表示增强强型。型。本讲稿第一百二十七页，共一百四十一页（2）N沟道增强型MOS管的工作原理 如如图图1.47所所示示，在在栅栅极极G和和源源极极S之之间间加加电电压压UGS，漏漏极极D和和源源极极S之之间间加加电电压压UDS，衬衬底底B与源极与源极S相相连连。本讲稿第一百二十八页，共一百四十一页图1.47 N沟道增强型MOS管加栅源电压UGS 本讲稿第一百二十九页，共一百四十一页 形成导电沟道所需要的最小栅源电压形成导电沟道所需要的最小栅源电压UGS，称为开启电压，称为开启电压UT。本讲稿第一百三十页，共一百四十一页（3）特性曲线

42、 输出特性（漏极特性）曲线图1.48 N沟道增强型MOS管的输出特性曲线 本讲稿第一百三十一页，共一百四十一页 转移特性曲线图1.49 N沟道增强型MOS管的转移特性曲线 本讲稿第一百三十二页，共一百四十一页2.耗尽型绝缘栅场效应管（1）结构、符号与工作原理图1.50 N沟道耗尽型MOS管的结构与符号 本讲稿第一百三十三页，共一百四十一页（2）特性曲线图1.51 N沟道耗尽型MOS管的输出特性曲线和转移特性曲线 本讲稿第一百三十四页，共一百四十一页 耗耗尽尽型型MOS管管工工作作时时，其其栅栅源源电电压压UGS可可以以为为0，也也可可以以取取正正值值或或负负值值，这这个个特点使其在特点使其在应

43、应用中具有更大的灵活性。用中具有更大的灵活性。本讲稿第一百三十五页，共一百四十一页3.绝缘栅场效应管的主要参数 开开启启电电压压UT：指指UDS为为一一定定值值时时，形形成成导导电电沟沟道道，使使增增强强型型MOS管管导导通通所所需需要要的的栅栅源源电压值电压值。本讲稿第一百三十六页，共一百四十一页1.4.3 各种场效应管的符号、电压极性及特性曲线1.4.4 三极管与场效应管的性能特点及检测与选用1.三极管与场效应管的性能特点本讲稿第一百三十七页，共一百四十一页 2.结型场效应管的检测（1）判定结型场效应管的栅极和管型（2）用万用表判定结型场效应管的好坏本讲稿第一百三十八页，共一百四十一页3.

44、选选用用场场效效应应管管应应注意的事注意的事项项（1）选选用用场场效效应应管管时时，不能超，不能超过过其极限参数。其极限参数。（2）结结型型场场效效应应管的源极和漏极可以互管的源极和漏极可以互换换。（3）MOS管管有有3个个引引脚脚时时，表表明明衬衬底底已已经经与与源源极极连连在在一一起起，漏漏极极和和源源极极不不能能互互换换；有有4个个引引脚脚时时，源极和漏极可以互，源极和漏极可以互换换。本讲稿第一百三十九页，共一百四十一页 （4）MOS管管的的输输入入电电阻阻高高，容容易易造造成成因因感感应应电电荷荷泄泄放放不不掉掉而而使使栅栅极极击击穿穿永永久久失失效效。因因此此，在在存存放放MOS管管

45、时时，要要将将3个个电电极极引引线线短短接接；焊焊接接时时，电电烙烙铁铁的的外外壳壳要要良良好好接接地地，并并按按漏漏极极、源源极极、栅栅极极的的顺顺序序进进行行焊焊接接，而而拆拆卸卸时时则则按按相相反反顺顺序序进进行行；测测试试时时，测测量量仪仪器器和和电电路路本本身身都都要要良良好好接接地地，要要先先接接好好电电路路再再去去除除电电极极之之间间的的短短接接。测测试结试结束后，要先短接束后，要先短接电电极再撤除极再撤除仪仪器。器。本讲稿第一百四十页，共一百四十一页（5）电电源源没没有有关关时时，绝绝对对不不能能把把场场效效应应管管直接插入到直接插入到电电路板中或从路板中或从电电路板中拔出来。路板中拔出来。（6）相相同同沟沟道道的的结结型型场场效效应应管管和和耗耗尽尽型型MOS场场效效应应管，在相同管，在相同电电路中可以通用。路中可以通用。本讲稿第一百四十一页，共一百四十一页