第1章-半導(dǎo)體器件20150320

第一章半導(dǎo)體器件

國家級(jí)精品課程《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》編寫組第一章半導(dǎo)體器件

1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.2半導(dǎo)體二極管

1.3半導(dǎo)體三極管

1.4場效應(yīng)晶體管

1.5光電子器件

1.6例題1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

在自然界中，有的物質(zhì)很容易導(dǎo)電，如銅、鋁、鐵、銀等，我們稱之為導(dǎo)體。

有的物質(zhì)不導(dǎo)電，如塑料、陶瓷、石英、橡膠等，稱之為絕緣體。還有一類物質(zhì)，其導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，我們稱之為半導(dǎo)體，常用的半導(dǎo)體材料有硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等，其中硅應(yīng)用最廣。

1.1.1半導(dǎo)體的特性

1.1.2本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。T=0K、無外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子被共價(jià)鍵束縛，無自由帶電粒子（即載流子），相當(dāng)于絕緣體。怎樣才能導(dǎo)電？有外界激發(fā)（如T=300K），少數(shù)價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。1.本征激發(fā)

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。+4+4..+4.......+4+4..+4.........+4+4+4................自由電子空穴

1.1.2本征半導(dǎo)體2.空穴+4+4..+4.......+4+4..+4.........+4+4+4................自由電子空穴

自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，原共價(jià)鍵中出現(xiàn)呈正電性的空位，稱為空穴?？昭?電子對(duì)

1.1.2本征半導(dǎo)體+4+4..+4.......+4+4..+4.........+4+4+4................自由電子空穴空穴的本質(zhì)：模擬共價(jià)鍵中束縛電子的移動(dòng)3.空穴載流子和空穴電流附近電子填補(bǔ)空穴→空穴的遷移→正電荷的移動(dòng)----

空穴是載流子。兩部分電流：

1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。載流子：自由電子、空穴4.復(fù)合自由電子和空穴相遇釋放能量，自由電子-空穴對(duì)消失。+4+4..+4.......+4+4..+4.........+4+4+4................自由電子空穴本征激發(fā)和復(fù)合在一定條件下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。5.平衡載流子濃度與溫度的關(guān)系ni（T）=pi（T）=本征激發(fā)和復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡時(shí)有ni=pi

在常溫下，硅載流子濃度ni=pi=1.5×1010/cm3，鍺載流子濃度ni=pi=2．5×1013／cm3。能否直接用來制造半導(dǎo)體器件？

1.1.3

雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入雜質(zhì)（3價(jià)或5價(jià)元素）的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。

1.N型半導(dǎo)體

多子：自由電子（雜質(zhì)）少子：空穴（熱激發(fā)）。

五價(jià)雜質(zhì)原子成為正離子，也稱施主雜質(zhì)。

2.P型半導(dǎo)體

多子：空穴少子：自由電子

三價(jià)雜質(zhì)原子成為負(fù)離子，也稱受主雜質(zhì)。多子濃度：主要取決于摻雜濃度；少子濃度：主要取決于溫度。

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

3.雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響1.1.4

PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。圖1.2.1PN結(jié)的形成過程P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬，內(nèi)電場越強(qiáng)。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。內(nèi)電場阻礙多子擴(kuò)散漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場E擴(kuò)散和漂移最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。

因濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。形成了空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。1.1.5

PN結(jié)的單向?qū)щ娦哉篜區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。反偏：P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。－－－－++++RE一、PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)，正向等效電阻較小。二、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。REPN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)，反向等效電阻較大。三、PN結(jié)方程1.定義：

PN結(jié)兩端的外加電壓和流過PN結(jié)的電流I之間的關(guān)系為PN結(jié)方程。2.PN結(jié)方程：PN正偏(且∣U∣大于UT幾倍以上)時(shí)PN反偏(且∣U∣大于UT幾倍以上)時(shí)UT=kT/qT=300K時(shí),UT=26mV1.1.6PN結(jié)的電容特性

PN結(jié)的耗盡層內(nèi)的空間電荷量與耗盡層外載流子數(shù)量在外加電壓變化時(shí)將發(fā)生變化，這種電荷量隨外加電壓變化的現(xiàn)象，稱為PN結(jié)的電容效應(yīng)。兩方面的因素決定:

一是勢壘電容CB

。

二是擴(kuò)散電容CD

。

一、勢壘電容CB勢壘電容：外加電壓變化空間電荷變化電容——?jiǎng)輭倦娙荨?/p>

勢壘電容示意圖

當(dāng)外加電壓有一定的增量則相應(yīng)的空穴（或電子）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)在PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生一定的電荷增量ΔQ，二者之比為擴(kuò)散電容：二、擴(kuò)散電容PN結(jié)的結(jié)電容是擴(kuò)散電容和勢壘電容之和，即正偏：擴(kuò)散電容為主；反偏：勢壘電容為主。結(jié)電容的容抗隨工作頻率提高而降低在高頻運(yùn)用時(shí)，對(duì)PN結(jié)單向?qū)щ娦宰儾?。rdPN結(jié)高頻小信號(hào)等效電路1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管是以PN結(jié)為核心，在PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)電極，并加管殼封裝而成。P型半導(dǎo)體一端引出的電極為陽極（或稱正極），PN結(jié)的N型半導(dǎo)體一端引出的電極為陰極（或稱負(fù)極）陽極陰極二極管結(jié)構(gòu)可分為點(diǎn)接觸型和平面型兩類：點(diǎn)接觸型二極管，PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，適用于高頻電路和數(shù)字電路。平面型二極管PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，適用于整流。

死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.7V,鍺管0.2V。反向擊穿電壓UBR1.2.2二極管的特性曲線1.2.3二極管的主要參數(shù)1．最大整流電流IFM

：指二極管長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。大小由PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。2．最大反向工作電壓URM

：二極管安全運(yùn)行時(shí)所能承受的最大反向電壓。

手冊上一般取擊穿電壓U(BR)的一半作為URM。3．反向電流IR

:二極管未擊穿時(shí)反向電流。

IR

值越小，二極管單向?qū)щ娦栽胶?。注意：IR

的值隨溫度變化而改變。4.最高工作頻率fM：fM

由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。二極管的工作頻率超過fM，單向?qū)щ娦宰儾睢?.2.4

二極管的電路模型一．理想模型在正向偏置時(shí)，其管壓降為0V，而當(dāng)二極管處于反向偏置時(shí)，認(rèn)為它的電阻為無窮大，電流為零。二．恒壓降模型二極管導(dǎo)通后其管壓降近似為恒定值，典型值為0.7V（硅管）、0.2V（鍺管）。不考慮二極管的正向?qū)娮琛?/p>

三．折線模型除考慮二極管的導(dǎo)通壓降外，還考慮了二極管的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻四.小信號(hào)模型該模型主要用于二極管處于正向偏置的交流分析中。

微變等效電阻：五、應(yīng)用舉例RLuiuouiuott1二極管半波整流2.二極管靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（2）VDD=1V時(shí)（自看）3.二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降為0.7V，判斷下圖所示電路的二極管是否導(dǎo)通，并求輸出電壓Uo的大小。R8VUo+－D1D210V12V(b)10VUo+－D1D23V6V(a)R4k解:（a）D2導(dǎo)電，D1截止，

（b）D1、D2都截止，

1.2.5特殊二極管一.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管反向電壓加到某一定值時(shí)，反向電流急增，產(chǎn)生反向擊穿，起穩(wěn)壓作用。+-陰極陽極1.穩(wěn)定電壓UZ，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的工作電壓。2.穩(wěn)定電流Iz

，穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。3.動(dòng)態(tài)內(nèi)阻rz

，穩(wěn)壓管兩端電壓和電流的變化量之比。

rz=ΔU/ΔI4.電壓的溫度系數(shù)αU，穩(wěn)壓管電流不變時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)穩(wěn)定電壓的影響。5.額定功耗Pz

，電流流過穩(wěn)壓管時(shí)消耗的功率。主要參數(shù)：使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)的要點(diǎn)：穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載RL并聯(lián)，必須限制流過穩(wěn)管的電流IZ二．變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管結(jié)電容的大小與外加電壓有關(guān)?？梢酝ㄟ^控制直流電壓來改變二極管的結(jié)電容的容量三．肖特基二極管肖特基二極管有兩個(gè)重要特點(diǎn)：1.電容效應(yīng)很小，工作速度高，適用于高頻電路和開關(guān)電路。2.正向?qū)妷狠^?。s0.2V），反向擊穿電壓較低，一般不超過60V。1.3半導(dǎo)體三極管雙極型三極管是組成放大電路的核心元器件1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)三極管又稱為雙極型晶體管

分類方法：結(jié)構(gòu)：NPN型、PNP型；功率：大、中、小功率管；材料：硅管、鍺管；頻率：高頻管、低頻管。BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型三極管的結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)射區(qū)e集電區(qū)c基區(qū)bBECIBIEIC三極管的結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)射區(qū)e集電區(qū)c基區(qū)bPNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型BECIBIEICBECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié) 兩個(gè)PN結(jié)：ｅ區(qū)和ｂ區(qū)交界處的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)三極管的PN結(jié)ｃ區(qū)和ｂ區(qū)交界處的PN結(jié)稱為集電結(jié)。BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖1.3.2三極管的工作原理一.三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射載流子，形成電流(2)載流子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合，形成電流(3)集電區(qū)收集載流子，形成電流二．電流分配關(guān)系

三種組態(tài):共基極、共發(fā)射極和共集電極.三個(gè)電極，一個(gè)作為信號(hào)輸入端，另一個(gè)作為信號(hào)輸出端，剩下的電極是輸入、輸出回路的公共端。共基直流電流傳輸系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)集電極與發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO=（1+β）ICBOIE=IC+IBIC

≈βIBIE=（1+β）IB

共基:共發(fā)：1.3.3三極管的特性曲線一.輸入特性輸出電壓為常數(shù)，輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系uCE=0時(shí)，iB和uBE的關(guān)系與二極管相似uCE增大，iB減小,特性曲線右移uCE≥1V，特性曲線重合二．輸出特性

當(dāng)輸入電流為某一數(shù)值，集電極電流與電壓間的關(guān)系發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。IC=IB（⊿IC=⊿IB）稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。UCEUBE,發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。擊穿區(qū)：IB=0uCE(V)iC

(mA)ICEOo輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

對(duì)于PNP管，VBB、VCC極性與NPN管相反。2023/2/4例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB

=-2V時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū)

2023/2/4例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？IC<

ICmax(=2mA)，

Q位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V時(shí)：2023/2/4USB

=5V時(shí):例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIC>

Icmax(=2mA)，Q位于飽和區(qū)。(實(shí)際上，此時(shí)IC和IB

已不是的關(guān)系）2023/2/4例：已知晶體管工作在線性放大區(qū)，并測得其各極電壓如圖所示。試判斷各電極名稱、三極管類型，并說明是硅管還是鍺管。①中間電位的電極——B②|UBE|=0.7VSi0.3VGe對(duì)應(yīng)電極——E；另一電極——C③UBE>0VNPN<0VPNPBECGePNP（1）對(duì)輸入特性曲線的影響：100C25C三.溫度對(duì)三極管特性曲線的影響溫度升高時(shí)，UBE減?。惶匦郧€左移（2）對(duì)輸出特性曲線的影響：

100C25C溫度升高時(shí)，β增大；曲線間隔增大溫度升高時(shí)，ICBO增大；特性曲線上移溫度每升高1℃，β增加0.5％~1.0％左右。共射1.4.4三極管的主要參數(shù)一.電流放大系數(shù)1.直流放大系數(shù)共基2.交流放大系數(shù)

當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，≈、≈，可以不加區(qū)分。

2.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

二.極間反向電流ICEO 1.集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。

即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBO2.集-射極穿透電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。2.集電極最大允許功耗PCMPC=ICUCEPCMUCEICICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)三．極限參數(shù)

集電極最大電流ICMIC↑→

↓

3.集-射極反向擊穿電壓UCE超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿2023/2/4例：某三極管PCM=150mW，ICM=100mA，U(BR)CEO=30V，試問：（1）若UCE=10V，求ICmax；（2）若UCE=1V，求ICmax；（3）若IC=1mA，求UCEmax。1.3.5三極管的小信號(hào)模型

三極管工作在放大區(qū)時(shí)，迭加在靜態(tài)工作點(diǎn)上的交流信號(hào)足夠小，三極管特性可近似為線性，這時(shí)三極管可用一個(gè)線性等效電路(模型)來表示。H參數(shù)等效電路一.H參數(shù)等效電路vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)uBEuCEube≈rbeibrbebibicceubeuce一.H參數(shù)等效電路vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)uBEuCErbeibbibicceubeuceIC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIC=IB一.H參數(shù)等效電路vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)uBEuCErbeibbibicceubeuce

ib

是受控源

，且為電流控制電流源(CCCS)。電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。分析交流小信號(hào)ube≈rbeibic≈

ibH參數(shù)的確定

一般用測試儀測出；

rbe

與Q點(diǎn)有關(guān)。rbe=rbb’+(1+

)re對(duì)于低頻小功率管rbb’≈100~300則

(T=300K)

rbeibbibicceubeuce1.4場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管FET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電場效應(yīng)晶體管FET是電壓控制電流元件分類：結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道N溝道P溝道P溝道N基底：N型半導(dǎo)體P+P+兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)導(dǎo)電溝道(動(dòng)畫1-7)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)DGSGatel.4.1結(jié)型場效應(yīng)管PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS二、工作原理（以N溝道為例）GSNNNPPDUDSIDUGS＋－基本思想：反偏UGS控制R溝道，漏源UDS控制ID變化規(guī)律（工作區(qū)域）PN結(jié)反偏：UGS<0UGS、UDS如何加？多子電子S→D：UDS>0ID>0令UDS=0VGSIDNNNPPDUGS＋－二、工作原理（以N溝道為例）令UDS=0V1.反偏UGS對(duì)R溝道的控制PP-UGS↑→耗盡區(qū)↑→導(dǎo)電溝道↓→R溝道↑。UGS＝0→耗盡區(qū)最小→導(dǎo)電溝道最大→R溝道最小。UGS繼續(xù)增加結(jié)果如何？溝道中是線性電阻。NGSDUDSUGSPPIDUDS=0時(shí)PP-UGS↑↑（＝UGS(off)）→耗盡區(qū)最大→導(dǎo)電溝道無（夾斷）→R溝道最大。UGS是影響導(dǎo)電溝道的主要因素GSIDNNNPPD令UGS＝0UGD較?。?lt;UGS(off)

）時(shí)PP2.UDS對(duì)ID的控制越靠近D端，PN結(jié)反壓越大；溝道呈楔形UGD

＝UGS

－UDS

＝-UDS溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。GSIDNNNPPDUGS＝0,UGD=UGS(off)時(shí)PP漏端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。UDS繼續(xù)增大，溝道如何變化？IDUGD

↓

＝UGS

－UDS

↑

＝-UDS＝UGS(off)GSIDNNNPPDUGS=0

UGD>UGS(off)時(shí)PP此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。(動(dòng)畫1-8)PPUDS繼續(xù)增大，溝道如何變化？三、特性曲線l.輸出特性可變電阻區(qū)：iD與uDS基本上線性關(guān)系，但不同的uGS其斜率不同。恒流區(qū)：又稱飽和區(qū)，iD幾乎與uDS無關(guān)，iD的值受uGS控制。擊穿區(qū)：反向偏置的PN結(jié)被擊穿，

iD電流突然增大。UGS-6–5–4–3–2–10IDIDSS飽和漏極電流UGS(off)夾斷電壓

2.轉(zhuǎn)移特性

2.轉(zhuǎn)移特性結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性近似公式為飽和漏極電流為夾斷電壓P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線PGSDUDSUGSNNNNIDUGS>0UDS<0ID<0UGS0IDIDSSUGS(off)飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（一）、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)P型基底SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型N+N+源區(qū)漏區(qū)P襯底二氧化硅BGSDUDD鋁一、N溝道增強(qiáng)型MOS管P襯底雜質(zhì)濃度較低，引出電極用B表示。N+兩個(gè)區(qū)雜質(zhì)濃度很高，分別引出源極和漏極。柵極與其它電極是絕緣的，通常襯底與源極在管子內(nèi)部連接。（二）、工作原理PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)1.UGS對(duì)溝道的控制(令UDS＝0)PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>UGS(th)）出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子UGS(th)稱為閾值電壓反型層UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。2.UDS對(duì)溝道的控制(令UGS>UGS(th)

)PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=UGS(th)時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。（三）、特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSUT可近似用以下公式表示當(dāng)時(shí)

為當(dāng)時(shí)的輸出特性曲線UGS>0可以分為三個(gè)區(qū)域：可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)預(yù)夾斷軌跡二、N溝道耗盡型MOS管增強(qiáng)型的MOS管UGS>UT時(shí)才有導(dǎo)電溝道，工作電壓受限制。如何解決？0IDUGSUGS(off)0IDUGSUT二、N溝道耗盡型MOS管N溝道耗盡型PNNGSD預(yù)埋了導(dǎo)電溝道GSDUGSUGS(off)0ID輸出特性曲線NPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型三、P溝道增強(qiáng)型MOS管四、P溝道耗盡型MOS管P溝道耗盡型NPPGSDGSD預(yù)埋了導(dǎo)電溝道六種場效應(yīng)管特性曲線比較絕緣柵型P溝道增強(qiáng)型耗盡型---1.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)

1．直流參數(shù)①夾斷電壓UGS(off)②開啟電壓UGS(th)③漏極飽和電流IDSS④直流輸入電阻RGS2．交流參數(shù)

①低頻跨導(dǎo)②交流輸出電阻3．極限參數(shù)增強(qiáng)型參數(shù)耗盡型參數(shù)耗盡型參數(shù)1.4.4場效應(yīng)管的小信號(hào)模型GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds本章小結(jié)

（1）掌握本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體）以及PN結(jié)的特性。（2）掌握二極管的伏安特性以及穩(wěn)壓管的應(yīng)用（3）掌握雙極型三極管的放大原理以及伏安特性1.5光電子器件一.發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是具有一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，通常由砷化鎵、磷化