第4章：4.1半導(dǎo)體基本知識

1、研究各種半導(dǎo)體器件的性能、研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。電路及其應(yīng)用的學(xué)科。分?jǐn)?shù)電和模電兩塊，對象分別分?jǐn)?shù)電和模電兩塊，對象分別為離散信號和連續(xù)信號。為離散信號和連續(xù)信號。發(fā)展：發(fā)展：1883，愛迪生，熱電子效應(yīng)；，愛迪生，熱電子效應(yīng)； 1904，弗萊明利用此效應(yīng)制成，弗萊明利用此效應(yīng)制成電子二極管；電子二極管； 1906，德福雷斯，三極管（放，德福雷斯，三極管（放入第三極：柵極）入第三極：柵極） 1948，美國貝爾實驗室：晶體，美國貝爾實驗室：晶體管；管； 1958，集成電路：材料、元件，集成電路：材料、元件和電路三者的統(tǒng)一（在半導(dǎo)體材和電路三者的統(tǒng)一（在半導(dǎo)體材料上滲入相應(yīng)

2、的物質(zhì)形成）。料上滲入相應(yīng)的物質(zhì)形成）。 電子管、晶體管、集成電路及電子管、晶體管、集成電路及大規(guī)模集成電路四代。大規(guī)模集成電路四代。 應(yīng)用領(lǐng)域遍及廣播、通訊、測應(yīng)用領(lǐng)域遍及廣播、通訊、測量、控制量、控制。4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識一、半導(dǎo)體一、半導(dǎo)體1 1、定義：、定義： 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。之間的材料。 最常用：硅（最常用：硅（Si，14）和鍺）和鍺（Ge，32）等共同特征是）等共同特征是四價元素。四價元素。+Si2 2、特性

3、、特性 純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差； 熱敏性：溫度升高熱敏性：溫度升高導(dǎo)電能力增導(dǎo)電能力增強(qiáng)；強(qiáng)； 如：熱敏電阻。如：熱敏電阻。光敏性：光照增強(qiáng)光敏性：光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增導(dǎo)電能力增強(qiáng)；如：光敏電阻、圖像傳感器強(qiáng)；如：光敏電阻、圖像傳感器 摻雜性：摻入少量雜質(zhì)摻雜性：摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能導(dǎo)電能力增強(qiáng)，達(dá)百萬倍。力增強(qiáng)，達(dá)百萬倍。 二、本征半導(dǎo)體二、本征半導(dǎo)體1 1、定義：、定義： 完全純凈、具有晶體結(jié)完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。構(gòu)的半導(dǎo)體。 2 2、導(dǎo)電性能、導(dǎo)電性能 ： （1）價電子與共價鍵；）價電子與共價鍵； 共價鍵共價鍵2 2不同原子的不同原子的2 2個價個價電子

4、組成電子組成1 1個電子對，個電子對，構(gòu)成共價鍵的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成共價鍵的結(jié)構(gòu)。 （2）自由電子與空穴：）自由電子與空穴： 價電子受到激發(fā)價電子受到激發(fā)（如：熱和光）（如：熱和光）形成自由電子并留形成自由電子并留下空穴；下空穴；硅原子硅原子共價鍵共價鍵價電子價電子空穴空穴受溫度的電離現(xiàn)受溫度的電離現(xiàn)象熱激發(fā)；象熱激發(fā)；自由電子和空自由電子和空穴同時產(chǎn)生；穴同時產(chǎn)生； 空穴：該位置缺少一個電子，丟空穴：該位置缺少一個電子，丟失電子的原子顯正電，為正離子；失電子的原子顯正電，為正離子； 復(fù)合：自由電子回到空穴的位復(fù)合：自由電子回到空穴的位置上，使離子恢復(fù)中性的過程。置上，使離子恢復(fù)中性的過程。 自由電子

5、和空穴都能參與導(dǎo)電自由電子和空穴都能參與導(dǎo)電半導(dǎo)體具有兩種載流子。半導(dǎo)體具有兩種載流子。 （3）電子電流與空穴電流）電子電流與空穴電流 前提：在外電場的作用下。前提：在外電場的作用下?？昭娏鳎嚎昭娏鳎河锌昭ǖ脑涌梢晕噜徳佑锌昭ǖ脑涌梢晕噜徳又械膬r電子（不是自由電子），填中的價電子（不是自由電子），填補這個空穴。補這個空穴。同時，在失去了一個價電子的相同時，在失去了一個價電子的相鄰原子的共價鍵中出現(xiàn)另一個空穴；鄰原子的共價鍵中出現(xiàn)另一個空穴；就好象是空穴就好象是空穴在運動。因此，在運動。因此，空穴運動相當(dāng)于空穴運動相當(dāng)于正電荷的運動。正電荷的運動?？昭▋r電子電子電流：電子電流

6、：自由電子的定向移動。自由電子的定向移動。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴數(shù)目極少，導(dǎo)電能力很低。數(shù)目極少，導(dǎo)電能力很低。摻雜后的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大摻雜后的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大大增強(qiáng)。雜質(zhì)電離大增強(qiáng)。雜質(zhì)電離根據(jù)摻雜（某種元素根據(jù)摻雜（某種元素 ）不同，可）不同，可分為：分為：NN和和P P兩種類型半導(dǎo)體。兩種類型半導(dǎo)體。 1 1、NN型半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體（NN：negatronnegatron電子）電子） 摻入磷、砷等其它五價元素。摻入磷、砷等其它五價元素。特點：特點： 多余電子多余電子SiSiSiSiSiSiP形成了大量自形成了大量自由電

7、子。由電子。 同時，抑制了空穴的形成。同時，抑制了空穴的形成。 因此，形成以自由電子導(dǎo)電為因此，形成以自由電子導(dǎo)電為主要導(dǎo)電方式電子型半導(dǎo)體。主要導(dǎo)電方式電子型半導(dǎo)體。 電子是多數(shù)載流子（多子）；電子是多數(shù)載流子（多子）；空穴是少數(shù)載流子（少子）?？昭ㄊ巧贁?shù)載流子（少子）。 室溫情況下（室溫情況下（2727度），本征硅中：度），本征硅中：n n0 0=p=p0 01.51.5 10101010/cm/cm3 3，當(dāng)磷摻雜量在，當(dāng)磷摻雜量在10106 6量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍2 2、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體滲入硼、鋁等其它三價元素，稱滲入硼、鋁等其

8、它三價元素，稱為為P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。特點：特點： SiSiSiSiSiSiB空穴空穴形成了大量空形成了大量空穴；穴； 同時，也抑制了同時，也抑制了自由電子的形成。自由電子的形成。 注意：注意： 只有一種多數(shù)載流子。只有一種多數(shù)載流子。整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性的。的。四、四、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?NN、P P型半導(dǎo)體雖然導(dǎo)電能力增加，型半導(dǎo)體雖然導(dǎo)電能力增加，但并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件但并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件只是有了材料；只是有了材料；在一塊晶片兩邊分別形成在一塊晶片兩邊分別形成P P型和型和NN型半導(dǎo)體，在交界處形成型半導(dǎo)體，在交界處形

9、成PNPN結(jié)結(jié)這才是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。這才是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。1 1、PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成在一塊晶片兩邊分別形成在一塊晶片兩邊分別形成P P型和型和NN型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。PN自由電子自由電子空穴空穴擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散P P、NN區(qū)的空穴、自由電子濃度差區(qū)的空穴、自由電子濃度差形成多子的擴(kuò)散運動。形成多子的擴(kuò)散運動。 多數(shù)載流子多數(shù)載流子擴(kuò)散形成耗盡擴(kuò)散形成耗盡層電阻率層電阻率高，不導(dǎo)電；高，不導(dǎo)電；交界處留下不可移動的離子形成交界處留下不可移動的離子形成空間電荷區(qū)構(gòu)成內(nèi)電場，空間電荷區(qū)構(gòu)成內(nèi)電場，P P為為負(fù)，負(fù)，NN為正。為正。 P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙了多子的

10、繼續(xù)擴(kuò)散。內(nèi)電場阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散。P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)漂移漂移漂移漂移在內(nèi)電場的在內(nèi)電場的作用下形成少作用下形成少子的漂移運動。子的漂移運動。 擴(kuò)散和漂移的動態(tài)平衡形成了擴(kuò)散和漂移的動態(tài)平衡形成了PNPN結(jié)結(jié) 2 2、PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦约诱螂妷海和饧诱螂妷海和怆娫吹恼私与娫吹恼私覲 P區(qū)，區(qū)，負(fù)端接負(fù)端接NN區(qū)。區(qū)。 PN內(nèi)電場方向外電場方向+I變窄變窄破壞了擴(kuò)散與漂移運動的平衡。破壞了擴(kuò)散與漂移運動的平衡。內(nèi)電場變窄、變?nèi)酰瑪U(kuò)散變強(qiáng)，漂內(nèi)電場變窄、變?nèi)?，擴(kuò)散變強(qiáng)，漂移變?nèi)?。移變?nèi)酢?在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，外電場愈強(qiáng)，正向外電場愈強(qiáng)，正向電流愈大，這時電流愈大，這時

11、PNPN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。電流包括：空穴電流電流包括：空穴電流和電子電流兩部分。和電子電流兩部分。外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。使電流得以維持。PN內(nèi)電場方向外電場方向+I變窄變窄加反向電壓：外加反向電壓：外電源的負(fù)端接電源的負(fù)端接P P區(qū)，區(qū)，正端接正端接NN區(qū)。區(qū)。 外電場與內(nèi)電場外電場與內(nèi)電場方向一致，破壞了方向一致，破壞了擴(kuò)散與漂移運動的擴(kuò)散與漂移運動的平衡。平衡。PN內(nèi)電場方向外電場方向+I0變寬變寬由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此反向電流不大，即反向電流不大，即PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向結(jié)呈現(xiàn)的反向電

12、阻很高。電阻很高。 結(jié)論：結(jié)論： PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時，加正向電壓時，PNPN結(jié)電阻很低結(jié)電阻很低正向電流較大導(dǎo)通狀態(tài)；正向電流較大導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓時，加反向電壓時，PNPN結(jié)電阻很高，結(jié)電阻很高，反向電流很小截止?fàn)顟B(tài)。反向電流很小截止?fàn)顟B(tài)。4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管一、基本結(jié)構(gòu)和類型一、基本結(jié)構(gòu)和類型 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) PN結(jié)加上電極引線和管殼。結(jié)加上電極引線和管殼。陽極（正極）：從陽極（正極）：從P區(qū)引出的電區(qū)引出的電極；極；陰極（負(fù)極）：從陰極（負(fù)極）

13、：從N區(qū)引出的電區(qū)引出的電極。極。2 2、類型、類型 按結(jié)構(gòu)分：點接觸型和面接觸型。按結(jié)構(gòu)分：點接觸型和面接觸型。 點接觸型：一般為鍺管，點接觸型：一般為鍺管，PN結(jié)結(jié)結(jié)面積很小，不能通過較大電流，結(jié)面積很小，不能通過較大電流，但其高頻性能好，故一般適用于高但其高頻性能好，故一般適用于高頻和小功率的工作，也用作數(shù)字電頻和小功率的工作，也用作數(shù)字電路中的開關(guān)元件。路中的開關(guān)元件。面接觸型：面接觸型：PNPN結(jié)結(jié)面積大；可結(jié)結(jié)面積大；可通過較大電流（可達(dá)上千安培），通過較大電流（可達(dá)上千安培），其工作頻率較低一般用作整流。其工作頻率較低一般用作整流。用途：分為檢波二極管、整流二用途：分為檢波二極管

14、、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。3 3、符號（、符號（D D） P P N N 二、伏安特性二、伏安特性 指流過二極管的電流指流過二極管的電流與兩端電壓的關(guān)系。與兩端電壓的關(guān)系。 特性曲線：特性曲線：U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020是非線性的，大致可是非線性的，大致可分為四個區(qū)：分為四個區(qū)：死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。截止區(qū)和反向擊穿區(qū)。 U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020死區(qū)死區(qū)死區(qū)：死區(qū)：當(dāng)外加正向電壓很低時，當(dāng)外加正向電壓很低時，由

15、于外電場還不能克服由于外電場還不能克服PNPN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運動的阻力，故正子擴(kuò)散運動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。向電流很小，幾乎為零。通常，硅管的死區(qū)電壓約為通常，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V0.5V，鍺管約為鍺管約為0.1V0.1V。正向?qū)▍^(qū)正向?qū)▍^(qū) ：當(dāng)外加正向電壓死區(qū)電當(dāng)外加正向電壓死區(qū)電壓時，二極管變?yōu)閷?dǎo)通；壓時，二極管變?yōu)閷?dǎo)通； U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)電流將急劇增加（指數(shù)電流將急劇增加（指數(shù)關(guān)系），而二極管的電壓關(guān)系），而二極管的電壓卻幾乎不變，稱為正向?qū)s幾乎不變，稱為正向?qū)▔航?/p>

16、。通壓降。 硅管：硅管：0.60.7V0.60.7V；鍺管：；鍺管：0.20.3V0.20.3V。 反向截止區(qū)反向截止區(qū) ：在二極管上加反向在二極管上加反向電壓時，少數(shù)載流子電壓時，少數(shù)載流子的漂移運動形成很小的漂移運動形成很小的反向電流。的反向電流。 U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020反向反向截止區(qū)截止區(qū)反向飽和電流：反向飽和電流： 隨溫度的上升增長很快；隨溫度的上升增長很快； 在反向電壓不超過某一范圍，反向電流在反向電壓不超過某一范圍，反向電流的大小基本恒定。的大小基本恒定。反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū) ：擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。 U(V

17、)0.400.8-50-25I (mA)204060 (A)4020反向反向擊穿區(qū)擊穿區(qū)擊穿的原因擊穿的原因 ：雪崩式電離：處于強(qiáng)雪崩式電離：處于強(qiáng)電場中的載流子獲得足電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格而夠大的能量碰撞晶格而將價電子碰撞出來，產(chǎn)將價電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴對，形成連生電子空穴對，形成連鎖反應(yīng)；鎖反應(yīng)；臨界電壓稱反向擊臨界電壓稱反向擊穿電壓。穿電壓。 另一原因：強(qiáng)電場直接將共價鍵中另一原因：強(qiáng)電場直接將共價鍵中的價電于拉出來，產(chǎn)生電子空穴對，的價電于拉出來，產(chǎn)生電子空穴對，形成較大的反向電流。形成較大的反向電流。 U(V)0.400.8-50-25I (mA)204060

18、(A)4020反向反向擊穿電壓擊穿電壓理想二極管：理想二極管： 正向壓降為正向壓降為0 0；反向電流為反向電流為0 0。三、主要參數(shù)三、主要參數(shù) 1 1、最大整流電流、最大整流電流I ICMCM 整流是二極管重要應(yīng)用之一。整流是二極管重要應(yīng)用之一。 指二極管長時間使用時，允許流指二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。過二極管的最大正向平均電流。 2 2、最高反向電壓、最高反向電壓U URMRM保證二極管不被擊穿而給出的反保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的的1/2或或2/3。 3 3、最大反向電流、最大反向電流I IRMRM

19、 加最高反向工作電壓時的反向電加最高反向工作電壓時的反向電流值，受溫度的影響很大。流值，受溫度的影響很大。 反向電流越小反向電流越小單向?qū)щ娦阅茉絾蜗驅(qū)щ娦阅茉胶?；好；鍺管的反向電流較大為硅管（一鍺管的反向電流較大為硅管（一般在幾個微安以下）的幾十到幾百般在幾個微安以下）的幾十到幾百倍。倍。 4 4、此外、此外最高工作頻率、結(jié)電容值、工作最高工作頻率、結(jié)電容值、工作溫度、微變電阻等。溫度、微變電阻等。四、應(yīng)用四、應(yīng)用應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦浴５膯蜗驅(qū)щ娦??？捎糜谡?、檢波、元件保護(hù)以可用于整流、檢波、元件保護(hù)以及在脈沖與數(shù)字電路中作為開關(guān)元及在脈沖與

20、數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。件。例如：例如：圖示的電路中，已知：圖示的電路中，已知：u ui i=30sintV=30sintV，二極管的正向壓，二極管的正向壓降可忽略不計，試分別畫出輸出降可忽略不計，試分別畫出輸出電壓電壓u u0 0的波形。的波形。RDR+- -uiu0u0D+- -ui+- -+- -40tiu20u0t2時截止時導(dǎo)通0 , 00 , 0iiiuDuDuuR+- -uiu0D+- -40tiu2DRu0+-ui+-時導(dǎo)通時截止0 , 00 , 0iiiuDuDuu0t0u2例例2 2：在圖中，求輸：在圖中，求輸出端出端F F的電位的電位U UF F=?=?。解：解：A3VB0

21、VF-12V因為因為A端電位比端電位比B端電位高，端電位高，所以，所以，DA優(yōu)先導(dǎo)通。優(yōu)先導(dǎo)通。設(shè)二極管的正向壓降是設(shè)二極管的正向壓降是0.3V，則：，則：UF=2.7V。DA起鉗位作用。起鉗位作用。DB上加的是反向電壓，截止，起上加的是反向電壓，截止，起隔離作用。隔離作用。五、特殊二極管五、特殊二極管 1、穩(wěn)壓管、穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)：一種用特殊工藝制成結(jié)構(gòu)：一種用特殊工藝制成的面接觸型硅二極管；的面接觸型硅二極管； 作用：穩(wěn)壓；作用：穩(wěn)壓；工作原理工作原理 ：工作在反向擊穿：工作在反向擊穿區(qū)，為電擊穿；區(qū)，為電擊穿；穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的符號與穩(wěn)壓電路 ：ZDR是限流電阻是限流電阻RL是負(fù)載電阻

22、是負(fù)載電阻RZDLR0UiU伏安特性：反向擊穿特性比普通伏安特性：反向擊穿特性比普通二極管的要陡。二極管的要陡。 主要參數(shù)主要參數(shù) ：穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ正常工作時，管正常工作時，管子兩端的電壓。子兩端的電壓。數(shù)值具有分散性，這也是很多半數(shù)值具有分散性，這也是很多半導(dǎo)體器件的共性，易受溫度影響。導(dǎo)體器件的共性，易受溫度影響。還有：穩(wěn)定電流還有：穩(wěn)定電流IZ 、電壓溫度系、電壓溫度系數(shù)數(shù)Z 、動態(tài)電阻、動態(tài)電阻rZ 、最大允許耗散、最大允許耗散功率功率PZM 等。等。2、光敏二極管、光敏二極管 利用半導(dǎo)體的光敏特性制成；利用半導(dǎo)體的光敏特性制成；反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而反向電流隨光照強(qiáng)度的增加

23、而增強(qiáng)，又稱：光電二極管。增強(qiáng)，又稱：光電二極管。 符號：符號：D用來做為光控元用來做為光控元件，如：流水線計件，如：流水線計件。件。 3、發(fā)光二極管、發(fā)光二極管 用砷化鎵、磷化用砷化鎵、磷化鎵等制成，通過電鎵等制成，通過電流將會發(fā)出光來流將會發(fā)出光來電子和空穴復(fù)合電子和空穴復(fù)合而發(fā)出，不同的物而發(fā)出，不同的物質(zhì)，不同的顏色。質(zhì)，不同的顏色。符號：符號：D死區(qū)電壓比死區(qū)電壓比普通二極管高。普通二極管高。發(fā)光二極管常發(fā)光二極管常用來做顯示器用來做顯示器件。件。 4、變?nèi)荻O管、變?nèi)荻O管 PN結(jié)反向偏置時，結(jié)電容隨反結(jié)反向偏置時，結(jié)電容隨反向電壓變化而有較大的變化。向電壓變化而有較大的變化。 常

24、作為調(diào)諧電容使用改變常作為調(diào)諧電容使用改變其反向電壓以調(diào)節(jié)其反向電壓以調(diào)節(jié)LC諧振回路諧振回路的振蕩頻率。的振蕩頻率。 作業(yè)作業(yè)4.14.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管三極管是最重要的一種半導(dǎo)體三極管是最重要的一種半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。中。具有具有“放大放大”和和“開關(guān)開關(guān)”作用，作用，由兩種載流子導(dǎo)電，又稱雙極型三由兩種載流子導(dǎo)電，又稱雙極型三極管。極管。 一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu) 平面型和合金型兩種：平面型和合金型兩種：CN型硅型硅P型型N型型二氧化硅保護(hù)膜二氧化

25、硅保護(hù)膜BE平面型結(jié)構(gòu)平面型結(jié)構(gòu)N型鍺型鍺銦球銦球銦球銦球P型型P型型CEB合金型結(jié)構(gòu)合金型結(jié)構(gòu)平面型都是硅管平面型都是硅管 合金型主要是鍺管合金型主要是鍺管NNP都具有都具有NPN或或PNP的的“三層兩三層兩結(jié)結(jié)”的結(jié)構(gòu)，因而有兩類晶體管。的結(jié)構(gòu)，因而有兩類晶體管。發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)CBEBECPPN發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)CBEBEC二、伏安特性二、伏安特性 2種晶體管的工作原理類似，僅種晶體管的工作原理類似，僅在使用時電源極性聯(lián)接不同。以在使用時電源極性聯(lián)接不同。以NPN型晶體管為例。型晶體管為例。1、晶體管電路、晶體

26、管電路三個電極之間可以組成不同的輸三個電極之間可以組成不同的輸入回路和輸出回路入回路和輸出回路共發(fā)射極電路，共發(fā)射極電路，共集電極電路，共基極電路。共集電極電路，共基極電路。 2、電流放大（共射電路）、電流放大（共射電路）BCE 共射電路共射電路改變可變電阻改變可變電阻R RB B，基極電流，基極電流I IB B，集電極電流集電極電流I IC C和發(fā)和發(fā)射極電流射極電流I IE E都發(fā)生都發(fā)生變化。變化。mAICmAIEIBuAECEBE EC CE EC C實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：I IE EI IC CI IB B；BCEmAICmAIEIBuAECEB當(dāng)當(dāng)I IB B0 0（基極開（基極開路

27、）時，路）時，I IC C I ICEOCEO也也很小，約為很小，約為1 1微安以微安以下，稱為穿透電流。下，稱為穿透電流。 I IC C（或（或I IE E）比）比I IB B大得多，且相對大得多，且相對衡定；衡定；I IB B 的微小的微小變化可以引起變化可以引起I IC C的較大變化的較大變化 。這。這就是電流放大作就是電流放大作用，用，放大原理：放大原理：BCEmAICmAIEIBuAECEB外部條件外部條件發(fā)射結(jié)正向偏置、發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。集電結(jié)反向偏置。內(nèi)部載流子運動規(guī)律內(nèi)部載流子運動規(guī)律 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子。發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子。 電子在基區(qū)的擴(kuò)散和電子在基區(qū)的擴(kuò)

28、散和復(fù)合復(fù)合 ：基區(qū)厚度很小，基區(qū)厚度很小，電子在基區(qū)繼續(xù)向集電電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散，但有少部分與結(jié)擴(kuò)散，但有少部分與空穴復(fù)合而形成空穴復(fù)合而形成I IBEBE I IB B。NNP發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)CBE集電區(qū)收集擴(kuò)散電子集電區(qū)收集擴(kuò)散電子 ：形成集：形成集電極電流（電極電流（I ICECE I IC C ）放大作用的內(nèi)部條件：基區(qū)很薄放大作用的內(nèi)部條件：基區(qū)很薄且摻雜濃度很低。且摻雜濃度很低。 3、伏安特性、伏安特性 分析三極管分析三極管電路的重要依據(jù)。電路的重要依據(jù)。 （1）輸入特性：）輸入特性： 是是UCE常數(shù)時，常數(shù)時，IB 和和UBE 之

29、間之間的關(guān)系。的關(guān)系。 BCEmAICmAIEIBuAECEB與二極管正向與二極管正向特性一致。特性一致。BCEmAICmAIEIBuAECEB00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1VUCE0時，兩時，兩個個PN結(jié)并聯(lián)；結(jié)并聯(lián)； UCE0時，曲線時，曲線右移右移 ； 00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1VUCE 1V時，集電時，集電結(jié)處于反向偏置，結(jié)處于反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置所發(fā)射結(jié)正向偏置所形成電流的絕大部形成電流的絕大部分將形成分將形成IC； UCE增大，增大，IB不會明顯減小，所以，不會明顯減小，所以，輸入曲線基本重合，常只畫一條。輸入曲線

30、基本重合，常只畫一條。 硅硅NPN管管UBE=0.60.7V；鍺；鍺PNP管管 UBE= 0.2 0.3V。（2）輸出特性：）輸出特性： 當(dāng)當(dāng)IB為常數(shù)時，為常數(shù)時， IC和和UCE 之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。BCEmAICmAIEIBuAECEB不同的不同的IB可以可以得到不同的得到不同的 IC和和UCE 間曲線。間曲線。UCE超過約超過約1V再繼續(xù)增加時，再繼續(xù)增加時，IC的增加將不再的增加將不再明顯。這是晶體明顯。這是晶體管的恒流特性。管的恒流特性。 當(dāng)當(dāng)IB增加時，自由電子數(shù)增加，增加時，自由電子數(shù)增加，相應(yīng)的相應(yīng)的IC也增加，曲線上移。也增加，曲線上移。通常分三個區(qū)通常分三個區(qū)

31、特性曲線進(jìn)于特性曲線進(jìn)于水平的區(qū)域，也水平的區(qū)域，也稱線性區(qū)。稱線性區(qū)。IB和和IC有相對固定的有相對固定的關(guān)系，即電流放關(guān)系，即電流放大系數(shù)大系數(shù) ：放大區(qū)：（模擬）放大區(qū)：（模擬）BCII BCII 靜態(tài)和動態(tài)電流放大系數(shù)意義不同，靜態(tài)和動態(tài)電流放大系數(shù)意義不同，但多數(shù)情況下近似相等。但多數(shù)情況下近似相等。 說明：說明：輸出特性曲線是非線性的，只有在輸出特性曲線是非線性的，只有在曲線的等距平直部分才有較好的線性曲線的等距平直部分才有較好的線性關(guān)系，關(guān)系，IC與與IB成正比，成正比，也可認(rèn)為是基也可認(rèn)為是基本恒定的。本恒定的。 制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具有一定的離散性。有一定的離散性。IB0曲線以下區(qū)曲線以下區(qū)域，域，IC ICEO；