第1章常用半導(dǎo)體器件

1、第第1 1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件1.4半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.21.31.51.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子1.11.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 Si Si Si Si價電子價電子這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮?.11.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子動畫動畫1.11

2、.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴動畫動畫1.11.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動少子的漂移運(yùn)動濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +動畫動畫形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+動畫動畫+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的

3、反形成很小的反向電流。向電流。IR動畫動畫+陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)

4、通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUrNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRCBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子

5、內(nèi)部載流子運(yùn)動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內(nèi)部載流子運(yùn)動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常數(shù)常數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常數(shù)常數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)O BCII_ BCII 5370405

6、1BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO 場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是半導(dǎo)體器件，即是。它的輸出電流決。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。按結(jié)構(gòu)不同按結(jié)構(gòu)不同場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種: :本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：按工作狀態(tài)可

7、分為：每類每類又有又有和和之分之分漏極漏極D金屬電極金屬電極柵極柵極G源極源極SSiO2絕緣層絕緣層P P型硅襯底型硅襯底 高摻雜高摻雜N區(qū)區(qū)GSD 由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)電阻很高，最高可達(dá)1014 。漏極漏極D金屬電極金屬電極柵極柵極G源極源極SSiO2絕緣層絕緣層P P型硅襯底型硅襯底 高摻雜高摻雜N區(qū)區(qū) 由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬二氧化硅，故又稱金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場效應(yīng)管，半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱簡稱MOS場效應(yīng)管。場效應(yīng)管。E

8、GP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 由結(jié)構(gòu)圖可見由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被型源區(qū)之間被P型型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)結(jié)。 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓UGS = 0 時時，不管漏極和源極之間所不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其加電壓的極性如何，其中總有一個中總有一個PN結(jié)是反向結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零漏極電流近似為零。SDEGP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 當(dāng)當(dāng)UGS 0 時，時，P P型襯底中的電子受到電場力的吸型襯底中的電子受到電場力的吸

9、引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道EGP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSED+N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道當(dāng)當(dāng)UGS UGS(th(th）后，場后，場效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開始導(dǎo)通，開始導(dǎo)通，若漏若漏源之間源之間加上一定的電壓加上一定的電壓UDS，則，則有漏極電流有漏極電流ID產(chǎn)生。在產(chǎn)生。在一定的一定的UDS下下漏極電流漏極電流ID的大小與柵源電壓的大小與柵源電壓UGS有有關(guān)。所以，場效應(yīng)管是關(guān)。所以，場效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器一種電壓控制電流的器件。件。 在一定的漏在一定的漏源電壓源電壓UDS下，

10、使管子由不導(dǎo)通變下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓為導(dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(thth）。有導(dǎo)電溝道有導(dǎo)電溝道無導(dǎo)電無導(dǎo)電溝道溝道UDSUGS/ID/mAUDS/Vo oUGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4VN型襯底型襯底P+P+GSD符號：符號：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)SiO2絕緣層絕緣層加電壓才形成加電壓才形成 P型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 增強(qiáng)型場效應(yīng)管只有當(dāng)增強(qiáng)型場效應(yīng)管只有當(dāng)時才形成導(dǎo)時才形成導(dǎo)電溝道。電溝道。GSD符號：符號：SiO2絕緣層中絕緣層中摻有正離子摻有正離子予埋了予埋了N型型 導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在由于耗盡型

11、場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS= 0時，時，若漏若漏源之間加上一定的電壓源之間加上一定的電壓UDS，也，也會有漏極電流會有漏極電流 ID 產(chǎn)生。產(chǎn)生。 當(dāng)當(dāng)UGS達(dá)到一定達(dá)到一定負(fù)值時，負(fù)值時，N型導(dǎo)電溝道消失，型導(dǎo)電溝道消失，ID= 0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的這時的UGS稱為夾斷電壓，用稱為夾斷電壓，用UGS(off(off）表示。表示。 夾斷電壓夾斷電壓 耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS= 0時就有導(dǎo)電溝道，加反時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。向電壓到一定值時才能夾斷。 UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA UGS /V-1-2-34812161 2U DSUGS=0UGS0漏極特性曲線漏極特性曲線0ID/mA