模擬電子技術(shù)基礎第一章常用半導體器件

模擬電子技術(shù)基礎主講教師：鐘文選用教材：《模擬電子技術(shù)基礎》（第三版）清華大學電子學教研組編童詩白華成英主編高等教育出版社參考資料：《模擬電子技術(shù)基礎》（第三版）全程輔導蘇志平主編中國建材工業(yè)出版社第

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章半導體器件1.1半導體的基礎知識1.2半導體二極管1.3二極管電路的分析方法1.4特殊二極管小結(jié)1.5雙極型半導體三極管1.6場效應管1.1半導體的基礎知識1.1.1本征半導體1.1.2雜質(zhì)半導體1.1.3PN結(jié)1.1.1

本征半導體半導體—導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導體—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。載流子

—自由運動的帶電粒子。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)簡化模型慣性核硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動本征激發(fā)：復合：自由電子和空穴在運動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運動

結(jié)論：1.本征半導體中電子空穴成對出現(xiàn)，且數(shù)量少；

2.半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；

3.本征半導體導電能力弱，并與溫度有關(guān)。1.1.2雜質(zhì)半導體一、N型半導體和P型半導體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)1.1.2雜質(zhì)半導體一、N型半導體和P型半導體P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子電子—少子載流子數(shù)

空穴數(shù)二、雜質(zhì)半導體的導電作用IIPINI=IP+INN型半導體I

INP型半導體

I

IP三、P型型、N型半半導體的的簡化圖圖示負離子B-多數(shù)載流子少數(shù)載流子正離子P+多數(shù)載流子少數(shù)載流子P型：N型：1.1.3PN結(jié)結(jié)一、PN結(jié)(PNJunction)的形成1.載載流子的的濃度差引起多子子的擴散2.復復合使交交界面形成空間間電荷區(qū)區(qū)(耗盡層層)空間電荷荷區(qū)特點點:無載流子子，阻止擴散散進行，，利于少子子的漂移移。內(nèi)建電場場3.擴擴散和漂漂移達到到動態(tài)平衡衡擴散電流流等于于漂移電電流，總電流I=0。二、PN結(jié)的的單向?qū)щ娦?.外外加正向電壓(正向偏置置)—forwardbiasP區(qū)N區(qū)內(nèi)電場外電場外電場使使多子向向PN結(jié)移移動,中和部分分離子使空間電電荷區(qū)變變窄。IF限流電阻擴散運動動加強形形成正向向電流IF。IF=I多子I少子I多子2.外外加反向電壓(反向偏偏置)—reversebiasP

區(qū)N

區(qū)內(nèi)電場外電場外電場使使少子背背離PN結(jié)結(jié)移動，，空間電荷荷區(qū)變寬寬。IRPN結(jié)結(jié)的單向向?qū)щ娦孕裕赫珜?，，呈小電電阻，電電流較大大;反偏截止止，電阻阻很大，，電流近近似為零零。漂移運動動加強形形成反向向電流IRIR=I少子0三、PN結(jié)的的伏安特特性反向飽和和電流溫度的電壓當量量電子電量量玻爾茲曼曼常數(shù)當T=300(27C)：UT=26mVOu

/VI

/mA正向特性性反向擊穿穿加正向電電壓時加反向電電壓時i≈–IS1.2半導體二二極管1.2.1半半導體體二極管管的結(jié)構(gòu)構(gòu)和類型型1.2.2二二極管的的伏安特特性1.2.3二二極管管的主要要參數(shù)1.2.1半半導體體二極管管的結(jié)構(gòu)構(gòu)和類型型構(gòu)成：PN結(jié)結(jié)+引引線+管管殼=二二極管(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分分硅二極管管鍺二極管管按結(jié)構(gòu)分分點接觸型型面接觸型型平面型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

面接觸型N型鍺PN結(jié)

正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底1.2.2二二極管管的伏安安特性一、PN結(jié)的的伏安方方程反向飽和和電流溫度的電壓當量量電子電量量玻爾茲曼曼常數(shù)當T=300(27C)：UT=26mV二、二極極管的伏伏安特性性OuD/ViD/mA正向特性性Uth死區(qū)電壓iD=0Uth=0.5V0.1V(硅管)(鍺管)UUthiD急劇上升升0UUthUD(on)=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V鍺管0.2V反向特性性ISU(BR)反向擊穿穿U(BR)U0iD=IS<0.1A(硅)幾十A(鍺)U<U(BR)反向電流流急劇增增大(反向擊擊穿)反向擊穿穿類型：：電擊穿熱擊穿反向擊穿穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強強，將電子強強行拉出共價價鍵。(擊穿電壓<6V，，負溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電電子加速，動動能增大，撞撞擊使自由電子數(shù)數(shù)突增。—PN結(jié)結(jié)未損壞，斷斷電即恢復。?！狿N結(jié)結(jié)燒毀。(擊穿電壓>6V，，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V左右時，溫度度系數(shù)趨近零零。硅管的伏安特特性鍺管的伏安特特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020溫度對二極管管特性的影響響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT升高時，UD(on)以(22.5)mV/C下降1.2.3二二極管的主主要參數(shù)1.IF—最大整流電流流(最大正向平平均電流)2.URM—最高反向工作作電壓，為U(BR)/23.IR—反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?4.fM—最高工作頻率率(超過時單向向?qū)щ娦宰儾畈?iDuDU(BR)IFURMO影響工作頻率率的原因——PN結(jié)的電電容效應結(jié)論：1.低頻時，因結(jié)電容容很小，對PN結(jié)影影響很小。高頻時，因容抗增增大，使結(jié)電容分流，導致單向?qū)щ娦宰儾?。?.結(jié)面積積小時結(jié)電容容小，工作頻頻率高。1.3二極管電路的的分析方法1.3.1理理想二極極管及二極管管特性的折線近近似1.3.2圖圖解法和和微變等效電電路法1.3.1理理想二極極管及二極管管特性的折線線近似一、理想二極極管特性uDiD符號及等效模型SS正偏導通，uD=0；反偏偏截止，iD=0U(BR)=二、二極管的的恒壓降模型型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)三、二極管的的折線近似模模型uDiDUD(on)UI斜率1/rDrD1UD(on)UD(on)例1.3.1硅二極管，R=2k，分別用二極極管理想模型型和恒壓降模模型求出VDD=2V和和VDD=10V時IO和UO的值。[解]VDD=2V理想IO=VDD/R=2/2=1(mA)UO=VDD=2V恒壓降UO=VDD–UD(on)=20.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10V理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒壓降UO=100.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD大，采用理想模型型VDD小，采用恒壓降模模型例1.3.2試求電路中電電流I1、I2、IO和輸出電壓UO的值。解：假設二極管斷斷開UP=15VUP>UN二極管導通等效為0.7V的的恒壓源PNUO=VDD1UD(on)=150.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)例1.3.3二極管構(gòu)成““門”電路，，設V1、V2均為理想二極極管，當輸入入電壓UA、UB為低電壓0V和高高電壓5V的不同同組合時，求求輸出電壓UO的值。0V正偏導通5V正偏導通0V輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBV1V20V0V正偏導通正偏導通0V0V5V正偏導通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏導通0V5V5V正偏導通正偏導通5V例1.3.4畫出硅二極管管構(gòu)成的橋式式整流電路在在ui=15sint(V)作用下輸出uO的波形。(按理想模型型)Otui

/V15RLV1V2V3V4uiBAuOOtuO/V15若有條件，可可切換到EWB環(huán)境境觀察橋式整整流波形。例1.3.5ui=2sint(V)，分析二二極管的限幅幅作用。ui較小，宜采用用恒壓降模型型ui<0.7VV1、V2均截止uO=uiuO=0.7Vui0.7VV2導通V１截止ui<0.7VV1導通V2截止uO=0.7V思考題:V1、V2支路各串聯(lián)恒恒壓源，輸出出波形如何？？(可切至EWB)OtuO/V0.7Otui

/V20.7至晶體管1.3.2圖圖解法和和微變等效電電路法一、二極管電電路的直流圖圖解分析uD=VDDiDRiD=f(uD)1.2V100iD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流負載線斜率1/R靜態(tài)工作點斜率1/RDiDQIQUQ也可取UQ=0.7VIQ=(VDDUQ)/R=5(mA)二極管直流電電阻RDiD

/mAuD/VO二、交流圖解解法電路中含直流流和小信號交交流電源時,二極管中含交、直流成分C隔直流通交流當ui=0時iD=IQUQ=0.7V(硅)，0.2V(鍺)設ui=sinwtVDDVDD/RQIQwtOuiUQ斜率1/rdiD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQwtOuiUQiD

/mAwtOid斜率1/rdrd=UT/IQ=26mV/IQ當ui幅度較小時，，二極管伏安特特性在Q點附近近似為為直線uiudRidrd三、微變等效效電路分析法法對于交流信號號電路可等效為為例1.3.6ui=5sint(mV)，VDD=4V，，R=1k，求iD和uD。[解]1.靜態(tài)分分析令ui=0，取UQ0.7VIQ=(VDDUQ)/R=3.3mA2.動態(tài)分分析rd=26/IQ=26/3.38()Idm=Udm/rd=5/80.625(mA)id=0.625sint3.總電壓壓、電流=(0.7+0.005sint)V=(3.3+0.625sint)mA1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)穩(wěn)壓二極極管1.4.2光光電二極極管1.4.1穩(wěn)穩(wěn)壓二二極管一、伏安特性性符號工作條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ特性二、主要參數(shù)數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ流過規(guī)定電流流時穩(wěn)壓管兩端的反向電電壓值。2.穩(wěn)定電流IZ越大穩(wěn)壓效果果越好，小于Imin時不穩(wěn)壓。3.最大工作電流流IZM最大耗散功率率PZMPZM=UZIZM4.動態(tài)電阻rZrZ=UZ/IZ越小穩(wěn)壓效果果越好。幾幾十5.穩(wěn)定電壓溫度度系數(shù)CT一般，UZ<4V，，CTV<0(為齊納擊穿穿)具有負溫度系系數(shù)；UZ>7V，，CTV>0(為雪崩擊穿穿)具有正溫度系系數(shù)；4V<UZ<7V，，CTV很小。例1.4.1分析簡單穩(wěn)壓壓電路的工作作原理，R為限流電阻。。IR=IZ+ILUO=UI–IRRUIUORRLILIRIZ1.4.2發(fā)發(fā)光二極極管與光敏二二極管一、發(fā)光二極極管LED(LightEmittingDiode)1.符號和和特性工作條件：正向偏置一般工作電流流幾十mA，導通電壓(12)V符號u/Vi

/mAO2特性2.主要參參數(shù)電學參數(shù)：IFM，U(BR)，IR光學參數(shù)：峰值波長P，亮度L，光通量發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點陣LED七段LED,二、、光光敏敏二二極極管管1．．符符號號和和特特性性符號號特性uiO暗電流E=200lxE=400lx工作條件件：反向偏置置2.主主要參數(shù)數(shù)電學參數(shù)數(shù)：暗電流，，光電流流，最高高工作范范圍光學參數(shù)數(shù)：光譜范圍圍，靈敏敏度，峰峰值波長長實物照片片補充：選擇二極極管限流流電阻步驟：1.設設定工作作電壓(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.確確定工工作電流(如1mA；；10mA；；5mA)3.根根據(jù)歐歐姆定律律求電阻阻R=(UIUD)/ID(R要選擇標標稱值)1.5雙雙極型型半導體三極管1.5.1晶晶體三三極管1.5.2晶晶體三三極管的的特性曲曲線1.5.3晶晶體三三極管的的主要參參數(shù)返回二極極管(SemiconductorTransistor)1.5.1晶晶體三三極管一、結(jié)構(gòu)構(gòu)、符號號和分類類NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)區(qū)—發(fā)射射區(qū)—集電電區(qū)emitterbasecollectorNPN型型PPNEBCPNP型型ECBECB分類：按材料分分：硅管、鍺鍺管按功率分分：小功率管管<500mW按結(jié)構(gòu)分分：NPN、、PNP按使用頻頻率分：：低頻管、、高頻管管大功率管管>1W中功率管管0.51W二、電流流放大原原理1.三三極管放放大的條條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻摻雜濃度度高基區(qū)薄且且摻雜濃濃度低集電結(jié)面面積大外部條件發(fā)射結(jié)正正偏集電結(jié)反反偏2.滿滿足放大大條件的的三種電電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極極共集電極極共基極實現(xiàn)電路路:3.三三極管內(nèi)內(nèi)部載流流子的傳傳輸過程程1)發(fā)射區(qū)向向基區(qū)注注入多子子電子，形成發(fā)射射極電流流IE。ICN多數(shù)向BC結(jié)結(jié)方向向擴散形形成ICN。IE少數(shù)與空空穴復合合，形成成IBN。IBN基區(qū)空穴來源基極電源源提供(IB)集電區(qū)少少子漂移移(ICBO)ICBOIBIBNIB+ICBO即：IB=IBN–ICBO2)電子到達達基區(qū)后后(基區(qū)空空穴運動動因濃度度低而忽忽略)ICNIEIBNICBOIB3)集電區(qū)收收集擴散散過來的載流流子形成成集電極電流流ICICIC=ICN+ICBO4.三三極管的的電流分分配關(guān)系系當管子制制成后，，發(fā)射區(qū)區(qū)載流子子濃度、、基區(qū)寬寬度、集集電結(jié)面面積等確確定，故故電流的的比例關(guān)關(guān)系確定定，即：：IB=IBNICBOIC=ICN+ICBO穿透電流流IE=IC+IB1.5.2晶晶體三三極管的的特性曲曲線一、輸入入特性輸入回路輸出回路與二極管管特性相相似O特性基本本重合(電電流分配配關(guān)系確確定)特性右移移(因集電電結(jié)開始始吸引電電子)導通電壓壓UBE(on)硅管：(0.60.8)V鍺管：(0.20.3)V取0.7V取0.2V二、輸出出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：：IB0IC=ICEO0條件：兩個結(jié)反反偏截止區(qū)ICEOiC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.放放大區(qū)：：放大區(qū)截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正正偏集電結(jié)反反偏特點：水平、等等間隔ICEOiC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843213.飽飽和區(qū)：：uCEuBEuCB=uCEuBE0條件：兩個結(jié)正正偏特點：ICIB臨界飽和和時：uCE=uBE深度飽和和時：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO三、溫度度對特性性曲線的的影響1.溫溫度升升高，輸輸入特性性曲線向左移。。溫度每升升高1C，UBE(22.5)mV。溫度每升升高10C，ICBO約增大1倍倍。OT2>T12.溫溫度升高高，輸出出特性曲曲線向上移。。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升升高1C，(0.51)%。輸出特性性曲線間間距增大大。O1.5.3晶晶體三三極管的的主要參參數(shù)一、電流流放大系系數(shù)1.共共發(fā)射極極電流放放大系數(shù)數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流流電流放放大系數(shù)數(shù)—交流流電流放放大系數(shù)數(shù)一般為幾幾十幾百Q(mào)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.共共基極電電流放大大系數(shù)1一一般在0.98以以上。Q二、極間間反向飽飽和電流流CB極間反向飽飽和電流流ICBO，CE極間反向飽飽和電流流ICEO。三、極限限參數(shù)1.ICM—集電電極最大大允許電電流，超超過時值明顯降降低。2.PCM—集電電極最大大允許功功率損耗耗PC=iCuCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)U(BR)CBO—發(fā)射射極開路路時C、B極間反向擊擊穿電壓壓。3.U(BR)CEO—基極極開路時時C、、E極間反向擊擊穿電壓壓。U(BR)EBO—集電電極極開開路時E、B極間反向擊擊穿電壓壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO(P342.1.7)已知:ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，，當UCE=10V時，，IC<mA當UCE=1V，，則IC<mA當IC=2mA，則UCE<V1020201.6場場效應應管引言1.6.1結(jié)結(jié)型場場效應管管1.6.3場場效應應管的主主要參數(shù)數(shù)1.6.2MOS場效效應管引言場效應管管FET(FieldEffectTransistor)類型：結(jié)型JFET(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型型IGFET(InsulatedGateFET)特點：1.單單極性器器件(一種載流流子導電電)3.工工藝簡單單、易集集成、功功耗小、、體積小、、成本低低2.輸輸入電阻阻高(1071015，IGFET可可高達達1015)1.6.1結(jié)結(jié)型場場效應管管1.結(jié)結(jié)構(gòu)與符符號N溝道道JFETP溝道道JFET2.工工作原理理(1)UGS對導電溝溝道的影影響UDS=0,UGS<0隨UGS負向增長長，PN結(jié)變厚厚，導電電溝道變變窄。(1)UGS對導電溝溝道的影影響UDS=0,UGS<0隨UGS負向增長長，PN結(jié)變厚厚，導電電溝道變變窄，當當負向增增長到某某值時，，兩個PN結(jié)合合攏，導導電溝道道被完全夾斷斷，此時的UGS稱為完全夾斷斷電壓，，記為UGS（off）。即使此時時加上UDS，由于溝溝道已經(jīng)經(jīng)被完全全夾斷，，故漏極極電流ID極小，接接近于0。此時管子子處于截截至狀態(tài)態(tài)。處于截至至狀態(tài)的的條件:UGS＜UGS（（off）<02.工工作原理理(2)UDS對導電溝溝道的影影響UGS(Off)<UGS0溝道未未被完全全夾斷此時施加加UDS>0由于沿溝溝道從D到S存存在電位位差，如如：Vx>Vy，，則：Vx>Vy=>Vx-VG>Vy-VG>0(G點電電位為負負)即VG-Vx＜VG-Vy<0=>UGX<UGY<0結(jié)論：x處的PN結(jié)比比y處的的PN結(jié)結(jié)厚所以：靠近D端的的PN結(jié)最最厚，靠近近S端的PN結(jié)最薄薄。而D端的PN結(jié)厚度度取決于UGD，且UGD＝VG-VD=(VG-VS)–(VD–VS)=UGS-UDS＜0UDS增大會導致致UGD減?。ǜ撠摚?，當UDS增大到使UGD＜UGS（off）＜0時，PN結(jié)結(jié)首先在D端合攏，，此時稱導導電溝道被被預夾斷(2)UDS對導電溝道道的影響此時UGS-UDS=UGD=UGS(off)；當UDS,UGS-UDS=UGD＜UGS(off)<0夾斷區(qū)域擴擴大，預夾斷點下移。由于溝道被被夾斷，即即使UDS進一步增大，增加的的電壓主要要加在夾斷斷部分，幾幾乎不會引引起電流ID的增加，表表現(xiàn)為ID幾乎不受UDS影響，但是是只要改變變UGS就可明顯改改變溝道寬寬度，從而而明顯改變變ID,即ΔID=gmΔUGS,管子工作作在飽和狀態(tài)（（放大狀態(tài)態(tài)）處于放大狀狀態(tài)的條件件:UGS（off）＜UGS<0----UGS不足以讓導導電溝道完完全夾斷UDS增大到使UGS-UDS=UGD＜UGS(off)<0----UDS使溝道預夾夾斷ΔUGS控制ΔID(3)UDS也不足以夾夾斷導電溝溝道的情況況UGS(Off)<UGS0溝道未被被完全夾斷斷此時施加UDS>0由于沿溝道道從D到S存在電位位差，溝道道呈楔型，，近D端窄窄，近S端端寬隨UDS增大，溝道道變窄，在在UDS增大到使導導電溝道預夾斷之前前，此時UGS(off)<UGD=UGS-UDS<0；導電溝道始始終是存在在的。UDS增大，將將使ID隨之增大，，管子工工作在可變電阻狀狀態(tài)處于于可可變變電電阻阻狀狀態(tài)態(tài)的的條條件件:UGS（（off））＜UGS<0----UGS不足足以以讓讓導導電電溝溝道道完完全全夾夾斷斷UGS(off)<UGS-UDS=UGD<0----UDS也還還不不足足以以使使溝溝道道預預夾夾斷斷3.轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性和和輸輸出出特特性性UGS(off)當UGS(off)uGS0時(UGS還不不足足以以夾夾斷斷導導電電溝溝道道),UDS增大大到到使使UGS-UDS=UGD＜UGS(off)<0----UDS使溝溝道道預預夾夾斷斷管子子工工作作于于飽飽和和（（放放大大））狀狀態(tài)態(tài)時uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VOO一、、增增強強型型N溝道道MOSFET(MentalOxideSemi——FET)1.6.2MOS場場效效應應管管1.結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與符符號號P型襯襯底底(摻摻雜雜濃濃度度低低)N+N+用擴擴散散的的方方法法制作作兩兩個個N區(qū)區(qū)在硅硅片片表表面面生生一一層層薄薄SiO2絕緣緣層層SD用金金屬屬鋁鋁引引出出源極極S和和漏漏極極DG在絕絕緣緣層層上上噴噴金金屬屬鋁鋁引引出出柵柵極極GB耗盡層S—源源極極SourceG—柵柵極極GateD—漏漏極極DrainSGDB2.工工作作原原理理1)UGS對導導電電溝溝道道的的影影響響(UDS=0，，UGS>0)UGS將引引起起一一個個由由柵柵極極G指指向向襯襯底底P的的電電場場E，，它它排排斥斥P型型襯襯底底中中的的空空穴穴遠遠離離SIO2薄薄膜膜，，而而吸吸引引P型型襯襯底底中中的的自自由由電電子子到到SIO2薄薄膜膜下下形形成成電電子子層層。。隨著著UGS增大大，，被被吸吸引引到到SIO2薄薄膜膜下下的的自自由由電電子子數(shù)數(shù)量量也也隨隨之之增增加加當UGS增大大到到一一定定程程度度，，使使得得被被吸吸引引到到SIO2薄薄膜膜下下的的自自由由電電子子數(shù)數(shù)量量多多到到可可以以形形成成一一層層電電子子導導電電層層，，并并將將原原來來絕絕緣緣的的D和和S極極連連通通時時，，N型型導導電電溝溝道道形成成，，此此時時的的UGS稱為為開啟啟電電壓壓，記記為為UGS(th)。反型型層層(溝道道)1)uGS對導導電電溝溝道道的的影影響響(uDS=0)a.當UGS=0，DS間間為為兩兩個個背背對對背背的的PN結(jié)結(jié)；；b.當0<UGS<UGS(th)(開啟啟電電壓壓)時，，GB間的的垂垂直電電場場吸吸引引P區(qū)中中電電子子形形成成電電子子薄薄膜膜；此時時溝道道尚尚未未形形成成---管管子子處處于于截止止狀狀態(tài)態(tài)，無無論論UDS如何何增增長長，，ID都幾幾乎乎為為0。。c.當uGSUGS(th)＞0時，，襯襯底底中中電電子子被被吸吸引引到到表表面面，，并并且且電電子子薄薄膜膜延延伸伸到到使使D、、S極極連連通通———開始始形形成成導導電電溝溝道道。。uGS越大大溝道道越越厚厚。。管子子處處于于截截止止狀狀態(tài)態(tài)的的條條件件：：0<UGS<UGS(th)(開啟啟電電壓壓)2)uDS對iD的影影響響(uGS>UGS(th)>0－－－導導電電溝溝道道已已經(jīng)經(jīng)形形成成，，UDS>0－－－UDS增大大DS間間的的電電位位差差使使溝溝道道呈呈楔楔形形，，UDS，使使UGS－UDS＝UGD減小小，，從從而而靠靠近近漏漏極極D端端的的溝溝道道厚厚度度變變薄薄。。當當UDS增大大到到使使UGS－UDS＝UGD=UGS(th)時,導導電電溝溝道道首首先先在在近近D極極一一側(cè)側(cè)消消失失，，UDS進一一步步增增大大，，導導電電溝溝道道消消失失部部分分向向S極極端端延延伸伸擴擴展展。。預夾夾斷斷(UGS－UDS＝UGD=UGS(th))：漏極極D附附近近反反型型層層(電電子子薄薄膜膜)消消失失－－導電溝道在近近D端重新（（預）夾斷預夾斷發(fā)生之之前：uDSiD－－溝道已已經(jīng)形成尚未未被預夾斷，，可變電阻狀態(tài)態(tài)預夾斷發(fā)生之之后：uDSiD不變－－溝道道已經(jīng)被重新新預夾斷，飽和(放大)狀態(tài)使導電溝道在在近D端重新新預夾斷)管子處于放大大狀態(tài)的條件件：0<UGS(th)(開啟電壓)<UGS----已經(jīng)經(jīng)由UGS形成導電溝道道0<UGS－UDS＝UGD<UGS(th)----再由由UDS的增大使UGS－UDS＝UGD減小到小于于UGS(th)，以至于導電電溝道在近漏漏極D端重新新被（預）夾夾斷管子處于可變變電阻狀態(tài)的的條件：0<UGS(th)(開啟電壓)<UGS----已經(jīng)經(jīng)由UGS形成導電溝道道0<UGS(th)<UGS－UDS＝UGD----UDS尚未增大到使使UGS－UDS＝UGD減小到小于于UGS(th)，導電溝道仍仍然存在而未未被預夾斷3.轉(zhuǎn)移特特性曲線2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)當uGS>UGS(th)＞00＜UGS－UDS＝UGD＜＝UGS(th)時，（管子工作在在放大狀態(tài)）），有：uGS=2UGS(th)時的iD值開啟電壓O4.輸出特特性曲線可變電阻區(qū)0<UGS(th)(開啟電壓)<UGS且0<UGS(th)<UGS－UDS＝UGDuDSiD，直到預夾斷斷飽和(放大區(qū))0<UGS(th)(開啟電壓)<UGS且0<UGS－UDS＝UGD<UGS(th)uDS，iD不變，uDS加在耗盡層上上，溝道電阻阻不變截止區(qū)uGSUGS(th)全夾斷iD=0iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止區(qū)飽和區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)恒流區(qū)O二、耗盡型N溝道MOSFETSGDBSio2絕緣層中摻入入了正離子。。在uGS=0時已已存在足夠強強的自柵極指指向襯底的電電場E，能吸吸引足夠多的的電子形成溝溝道；在DS間加正正電壓時將形形成漏極電流流iD。a.uGS＝0時，已經(jīng)經(jīng)存在導電溝溝道，工作于于可變電阻狀態(tài)態(tài)b.uGS＞0時，導電電溝道將更寬寬，工作于可變電阻狀態(tài)態(tài)uGS＜0時在UDS＝0的情況下下，UGS引起的電場將將抵消SIO2薄膜引起起的電場，使使導電溝道變變薄，當UGS負向增長到一一定程度，將將使導電溝道道消失，此時時的UGS稱為完全夾斷電壓壓，記為UGS(off)，管子此時工工作于截至狀態(tài)UGS(off)<uGS<0時，導電電溝道尚未被被夾斷（仍然然存在），施施加UDS>0由于DS間存存在電位差，，導電溝道將將呈楔形，近近D端窄，近近S端厚，當UDS增大到使UGS－UDS＝UGD=UGS(off)時,導電溝道道首先在近D極一側(cè)消失失，溝道被（預）夾斷。UDS進一步增大，，導電溝道消消失部分向S極端延伸擴擴展。此時管管子工作于飽和（放大））狀態(tài)在UDS增大到使溝道道（預）夾斷之之前，導電溝道一直直存在，管子子工作于可變電阻狀態(tài)態(tài)管子處于放大大狀態(tài)的條件件：UGS(off)<uGS<0時----導電電溝道尚未被被完全夾斷0<UGS－UDS＝UGD<UGS(off)----再由由UDS的增大使UGS－UDS＝UGD減小到小于于UGS(off)，以至于導電電溝道在近漏漏極D端重新新被（預）夾夾斷管子處于可變變電阻狀態(tài)的的條件：UGS(off)<uGS<0時----導電電溝道尚未被被完全夾斷0<UGS(off)<UGS－UDS＝UGD----UDS尚未增大到使使UGS－UDS＝UGD（負值）減小到小于于UGS(off)（負值），導電溝道仍仍然存在而未未被預夾斷二、耗盡型N溝道MOSFET輸出特性uGS/ViD/mA轉(zhuǎn)移特性IDSSUGS(off)夾斷電壓飽和漏極電流當UGS(off)≤uGS<0且0<UGS－UDS＝UGD<UGS(off)時，管子工作作于（飽和）放大大狀態(tài)，此時有：uDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO三、P溝道道MOSFET增強型耗盡型SGDBSGDBN溝道增強型SGDBiDP溝道增強型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)SGDBiDN溝道耗盡型iDSGDBP溝道耗盡型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5FET符號、特性的的比較OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN溝道結(jié)型SGDiDSGDiDP溝道結(jié)型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V1.6.3場場效應管管的主要參數(shù)數(shù)開啟電壓UGS(th)(增強型)－－－UGS＝0時導電溝溝道尚未開形形成夾斷電壓UGS(off)(耗盡型)－－UGS＝0時導電溝溝道已經(jīng)存在在UGS(th)UGS(off)2.飽和漏極電流流IDSS耗盡型場效應應管，當uGS=0(導電溝道天然然存在且最寬寬)時所對應應的漏極電流流。IDSSuGS/ViD/mAO對增強型：UDS=0的情況下下，導電溝道道開始形成時時的UGS對耗盡型：UDS=0的情況下下，導電溝道道剛被完全夾夾斷時的UGSUGS(th)UGS(off)3.直流輸入電阻阻RGS指漏源間短路路時，柵、源源間加反向電壓呈現(xiàn)現(xiàn)的直流電阻阻。JFET：RGS>107MOSFET：RGS=1091015IDSSuGS/ViD/mAO4.低頻跨導gm反映了uGS對iD的控制能力，，單位S(西門子)。一般為幾毫西(mS)uGS/ViD/mAQOPDM=uDSiD，受溫度限制制。5.漏源動態(tài)電阻阻rds6.最大漏漏極功耗PDM小結(jié)結(jié)第1章一、兩種半導導體和兩種載載流子兩種載流子的運動電子—自由電子子空穴—價電子兩種種半導體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為0)，反向電阻大()。iDO

uDU(BR)IFURM2.主要參參數(shù)正向—最最大平均電電流IF反向—最大反向工作作電壓U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流流IR(IS)(受溫度影響)IS3.二極管管的等效模型型理想模型(大信號狀態(tài)態(tài)采用)uDiD正偏導通電電壓降為零零相當于于理想開關(guān)閉閉合反偏截止電電流為零相相當當于理想開關(guān)關(guān)斷開恒壓降模型UD(on)正偏電壓UD(on)時導通等等效為恒恒壓源UD(on)否則截止，相相當于二極管管支路斷開UD(on)=(0.60.8)V估算時取0.7V硅管：鍺管：(0.10.3)V0.2V折線近似模型型相當于有內(nèi)阻阻的恒壓源UD(on)4.二極管管的分析方法法圖解法微變等效電路路法5.特殊殊二極管工作條件主要用途穩(wěn)壓二極管反偏穩(wěn)壓發(fā)光二極管正偏發(fā)光光敏二極管反偏光電轉(zhuǎn)換三、兩種半導導體放大器件件雙極型半導體體三極管(晶體三極管BJT)單極型半導體體三極管(場效應管FET)兩種載流子導導電多數(shù)載流子導導電晶體三極管1.形式與與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、、兩結(jié)2.特點基極電流控制制集電極電流流并實現(xiàn)放大----流控控器件放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)區(qū)載流子濃度度高、基區(qū)薄、集電電區(qū)面積大外因：發(fā)射結(jié)正偏、、集電結(jié)反偏偏3.電流關(guān)關(guān)系IE=IC+IBIC=IB+ICEOIE=(1+)IB+ICEOIE=IC+IBIC