半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、 第一章 半導(dǎo)體器件根底1.1 1.1 半導(dǎo)體的根本知識半導(dǎo)體的根本知識1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4 BJT1.4 BJT模型模型1.5 1.5 場效應(yīng)管場效應(yīng)管1.1 1.1 半導(dǎo)體的根本知識半導(dǎo)體的根本知識 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為四個(gè)電子稱

2、為價(jià)電子價(jià)電子。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對溫度在絕對溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會成緊束縛在共價(jià)鍵中，不會成為為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。緣體。一. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純潔的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要到達(dá)99.9999999%，常稱為“九個(gè)9。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛

3、光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為與導(dǎo)電，成為自由自由電子電子。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由電子產(chǎn)生的自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空位，稱為空穴空穴。 可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對。 外加能量越高溫度越高，產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，到發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，到達(dá)動態(tài)平衡。電子空穴達(dá)動態(tài)平衡。電子空穴對的濃

4、度一定。對的濃度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對電子空穴對自由電子自由電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征

5、半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。空穴空穴硼原子硼原子硅

6、原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與溫度無關(guān)與溫度無關(guān)內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷

7、區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. . PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 動畫演示少子飄移少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡：動態(tài)平衡： 擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢壘勢壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) 加正向電壓正偏加正向電壓正偏電源正極接電源正極接P區(qū)，

8、負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強(qiáng)內(nèi)電場外電場加強(qiáng)內(nèi)電場 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空

9、 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR根本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦浴ｋ娦浴?. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，根據(jù)理論推導(dǎo)，PNPN結(jié)的伏

10、安特性曲線如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散IR少子漂移少子漂移反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號符號陽極陽極+陰極陰極- 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型

11、二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的型號半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通

12、管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關(guān)管。為開關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 一一 、半導(dǎo)體二極管的、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺二二. 二極管的模型及近似分析計(jì)算二極管的模型及近似分析計(jì)算例：例：IR10VE1k) 1(eTSUuI

13、iD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0二極管的近似分析計(jì)算二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I相對誤差相對誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型R

14、I10VE1kmA10K1V10I相對誤差相對誤差0000710032. 932. 910例：二極管構(gòu)成的限幅電路如下圖，例：二極管構(gòu)成的限幅電路如下圖，R1k，UREF=2V，輸入信號為，輸入信號為ui。 (1)假設(shè)假設(shè) ui為為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解：解：1采用理想模型分析。采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k

15、1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu2如果如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖的交流三角波，波形如圖b所所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：采用理想二極管解：采用理想二極管模型分析。波形如下圖。模型分析。波形如下圖。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如下圖。如下圖。

16、+-+UIuREFRiuO三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二作時(shí)，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IRR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極級；鍺二極管在微安管

17、在微安( A)級。級。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓四、穩(wěn)壓二極管四、穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作

18、電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。下，所對應(yīng)的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，假設(shè)IZIZmin那么不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax 1.3 半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與

19、運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體管管Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。3/5/2022一一. .BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號符號:-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。2基區(qū)要制造得很薄且濃度很低?；鶇^(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極二二 BJT的內(nèi)部工作原理的內(nèi)部工作原理NPN

20、管管 三極管在工作時(shí)要加上三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。假設(shè)在放大工作狀態(tài)：假設(shè)在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū)3/5/2022 1因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴(kuò)散電流形成了擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動，形成的電流為擴(kuò)散運(yùn)動，形成的電流為IEP。但

21、其數(shù)量小，可忽略。但其數(shù)量小，可忽略。 所以所以發(fā)射極電流發(fā)射極電流I E I EN 。 2發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少局部少數(shù)載流子。少局部遇到的空穴復(fù)合掉，遇到的空穴復(fù)合掉，形成形成IBN。所以基極電。所以基極電流流I B I BN 。大局部。大局部到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI3因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流的電子，形成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPI

22、IEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)的少另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流子形成漂移電流ICBO。2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為。其值的大小約為。 3/5/2022(2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOB

23、CCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI三三. BJT. BJT的特性曲線共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極接法(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci1uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。2當(dāng)當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)集電結(jié)

24、已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，復(fù)合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一減小。特性曲線將向右稍微移動一些。些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。一條加以說明。 1當(dāng)當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。2 uCE Ic 。 3 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，收后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子

25、都被集電極收集，形成被集電極收集，形成iC。所以所以uCE再增加，再增加，iC根本根本保持不變。保持不變。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此

26、時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線根本平行曲線根本平行等等 距。距。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)發(fā) 射結(jié)正偏，射結(jié)正偏，集電集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)四四. BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)2 2共基極電流放大系數(shù)：共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取

27、20200之間之間38A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii1 1共發(fā)射極電流放大系數(shù)：共發(fā)射極電流放大系數(shù)： 2集電極發(fā)射極間的穿集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開路時(shí)，集電極到基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流發(fā)射極間的電流穿透穿透電流電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 1集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO I

28、c增加時(shí)，增加時(shí)， 要下降。當(dāng)要下降。當(dāng) 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值值的的70時(shí)，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許時(shí)，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流電流ICM。1集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM2集電極最大允集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM 3反向擊穿電壓 BJT有兩個(gè)有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：

29、UBREBO集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。 UBRCBO發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。 UBRCEO基極基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。之間允許的最大反向電壓。 在實(shí)際使用時(shí)，還有在實(shí)際使用時(shí)，還有UBRCER、UBRCES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 半導(dǎo)體三極管的型號半導(dǎo)體三極管的型號第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率

30、管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B3/5/2022 1.5 場效應(yīng)管 BJT是一種電流控制元件是一種電流控制元件(iB iC)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。少數(shù)載流子都參與運(yùn)行

31、，所以被稱為雙極型器件。增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道FET分類：分類： 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管Field Effect Transistor簡稱簡稱FET是一種是一種電壓控制器件電壓控制器件(uGS iD) ，工作時(shí)，只有一種載流子，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。 FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。一. 絕緣柵場效應(yīng)三極管

32、 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡稱簡稱MOSFET。分為：分為： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1.N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 4個(gè)電極：漏極個(gè)電極：漏極D，源極源極S，柵極，柵極G和和 襯底襯底B。-gsdb符號：符號：-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底 當(dāng)當(dāng)uGS0V時(shí)時(shí)縱向電場縱向電場將靠近柵極下方的空穴向?qū)⒖拷鼥艠O下方的空穴向下排斥下排斥耗盡層。耗盡層。2 2工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠

33、背的 二極管，在二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。 再增加uGS縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)外表形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。柵源電壓柵源電壓uGS的控制作用的控制作用-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid 定義： 開啟電壓 UT剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道增強(qiáng)型MOS管的根本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。 漏源電壓漏源電壓uDS對漏極電

34、流對漏極電流id的控制作用的控制作用 當(dāng)uGSUT，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。設(shè)UT=2V， uGS=4V auds=0時(shí)，時(shí)， id=0。buds id； 同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。c當(dāng)當(dāng)uds增加到使增加到使ugd=UT時(shí)時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。duds再增加，預(yù)夾斷區(qū)再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，加長， uds增加的局部根本降增加的局部根本降落在隨之加長的夾斷溝道上落在隨之加長的夾斷溝道上， id根本不變。根本不變。-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP襯底GGg-G

35、GbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg3 3特性曲線特性曲線 四個(gè)區(qū)：a可變電阻區(qū)預(yù)夾斷前。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：iD=f(uDS) uGS=consti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSb恒流區(qū)也稱飽和恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)預(yù)夾斷區(qū)預(yù)夾斷 后。后。 c夾斷區(qū)截止區(qū)。夾斷區(qū)截止區(qū)。 d擊穿區(qū)。擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS) uDS=const 可根據(jù)輸出特性曲線作出可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線移特性曲線。例：作例：作

36、uDS=10V的一條的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT 一個(gè)重要參數(shù)一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm： gm= iD/ uGS uDS=const (單位單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V

37、(V)uGSiDGSuiD 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝時(shí)，就有溝道，參加道，參加uDS，就有，就有iD。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道時(shí)，溝道增寬，增寬，iD進(jìn)一步增進(jìn)一步增加。加。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道時(shí)，溝道變窄，變窄，iD減小。減小。 在柵極下方的在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。 定義：定義： 夾斷電壓夾斷電壓 UP溝道剛剛消失所需的柵源電壓溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。-g漏極s+N襯底P襯底源極d柵極bN+ +-sbgdN溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET的的特性曲線特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+