二極管、三極管和MOS管.docx

一、二極管 三極管 MOS器件基本原理P-N結(jié)及其電流電壓特性晶體二極管為一個由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的 p-n 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流：。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流 I0 。 當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時， p-n 結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。雙極結(jié)型三極管相當(dāng)于兩個背靠背的二極管 PN 結(jié)。正向偏置的 EB 結(jié)有空穴從發(fā)射極注入基區(qū)，其中大部分空穴能夠到達(dá)集電結(jié)的邊界，并在反向偏置的 CB 結(jié)勢壘電場的作用下到達(dá)集電區(qū)，形成集電極電流 IC 。 在共發(fā)射極晶體管電路中 , 發(fā)射結(jié)在基極電路中正向偏置 , 其電壓 降很小。絕大部分 的集電極和發(fā)射極之間的外加偏壓都加在反向偏置的集電結(jié)上。首頁123下一頁尾頁由于 VBE 很小，所以基極電流約為 IB= 5V/50 k = 0.1mA 。 如果晶體管的共發(fā)射極電流放大系數(shù) = IC / IB =100, 集電極電流 IC= *IB=10mA。在500的集電極負(fù)載電阻上有電壓降VRC=10mA*500=5V，而晶體管集電極和發(fā)射極之間的壓降為VCE=5V，如果在基極偏置電路中疊加一個交變的小電流ib，在集電極電路中將出現(xiàn)一個相應(yīng)的交變電流ic，有c/ib=，現(xiàn)了雙極晶實體管的電流放大作用。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)三極管的基本工作原理是靠半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)，在半導(dǎo)體中感生出導(dǎo)電溝道來進(jìn)行工作的。 當(dāng)柵 G 電壓 VG 增大時， p 型半導(dǎo)體表面的多數(shù)載流子棗空穴逐漸減少、耗盡，而電子逐漸積累到反型。當(dāng)表面達(dá)到反型時，電子積累層將在 n+ 源區(qū) S 和 n+ 漏區(qū) D 之間形成導(dǎo)電溝道。當(dāng) VDS 0 時，源漏電極之間有較大的電流 IDS 流過。使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時所需加的柵源電壓稱為閾值電壓 VT 。當(dāng) VGSVT 并取不同數(shù)值時，反型層的導(dǎo)電能力將改變，在相同的 VDS 下也將產(chǎn)生不同的 IDS , 實現(xiàn)柵源電壓 VGS 對源漏電流 IDS 的控制。二、MOS管詳解MOS場效應(yīng)管即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管，英文縮寫為MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），屬于絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻（最高可達(dá)1015）。它也分N溝道管和P溝道管，符號如圖1所示。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指，當(dāng)VGS=0時即形成溝道，加上正確的VGS時，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。 以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個高摻雜濃度的源擴(kuò)散區(qū)N+和漏擴(kuò)散區(qū)N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通，二者總保持等電位。圖1（a）符號中的前頭方向是從外向電，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)極并使VGS=0時，溝道電流（即漏極電流）ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個擴(kuò)散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VTN（一般約為+2V）時，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。首頁上一頁123下一頁尾頁國產(chǎn)N溝道MOSFET的典型產(chǎn)品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均為單柵管），4DO1（雙柵管）。它們的管腳排列（底視圖）見圖2。MOS場效應(yīng)管比較“嬌氣”。這是由于它的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，極易受外界電磁場或靜電的感應(yīng)而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)高的電壓（U=Q/C），將管子損壞。因此了廠時各管腳都絞合在一起，或裝在金屬箔內(nèi)，使G極與S極呈等電位，防止積累靜電荷。管子不用時，全部引線也應(yīng)短接。在測量時應(yīng)格外小心，并采取相應(yīng)的防靜電感措施。下面介紹檢測方法。1準(zhǔn)備工作測量之前，先把人體對地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導(dǎo)線與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開，然后拆掉導(dǎo)線。2判定電極將萬用表撥于R100檔，首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無窮大，證明此腳就是柵極G。交換表筆重測量，S-D之間的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據(jù)此很容易確定S極。3檢查放大能力（跨導(dǎo)）將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場效應(yīng)管有兩個柵極G1、G2。為區(qū)分之，可用手分別觸摸G1、G2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為G2極。目前有的MOSFET管在G-S極間增加了保護(hù)二極管，平時就不需要把各管腳短路了。三 、分類及特點場效應(yīng)晶體管(FET)簡稱場效應(yīng)管，它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高（108109）、噪聲小、功耗低、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）因有兩個PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功