半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性

1、半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性第 1 章 半導體器件半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性教學內(nèi)容1.1 半導體的特性1.2 半導體二極管1.3 雙極型三極管1.4 場效應三極管半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 教學要求教學要求 本章重點是各器件的特性與模型，特別本章重點是各器件的特性與模型，特別要注意器件模型的適用范圍和條件。對于半要注意器件模型的適用范圍和條件。對于半導體器件，主要著眼于在電路中的使用，關導體器件，主要著眼于在電路中的使用，關于器件內(nèi)部的物理過程只要求有一定的了解。于器件內(nèi)部的物理過程只要求有一定的了解。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.1 半導體的特性半導體的特性導體：自然界中很容

2、易導電的物質稱為導體，金屬導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬 一般都是導體。電阻率一般都是導體。電阻率(10(10-6-61010-4-4 cm)cm)絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。電阻率皮、陶瓷、塑料和石英。電阻率(10(101010cmcm以上以上) )半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物質，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、質，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。電阻率介于氧化物等。電阻率介于 ( 10( 10-3-310

3、109 9 cm)cm)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體。通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性+4+4+4+4共價鍵共價鍵 形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。1

4、.1.1 本征半導體本征半導體本征半導體：純凈的、不含雜質的半導體。本征半導體：純凈的、不含雜質的半導體。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.1.本征半導體導電特性本征半導體導電特性 在絕對在絕對0 0度（度（T T=0K=0K）和沒有外界激發(fā)時）和沒有外界激發(fā)時, ,價電子價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），半導體不能導電。的帶電粒子（即載流子），半導體不能導電。 當溫度升高時（如在室溫下），由于熱激發(fā)，當溫度升高時（如在室溫下），由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量，脫離共價鍵的束縛使一些價電子獲得足夠的能量

5、，脫離共價鍵的束縛成為自由電子。但自由電子數(shù)量很少，所以本征半成為自由電子。但自由電子數(shù)量很少，所以本征半導體導電能力非常微弱。導體導電能力非常微弱。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性空穴自由電子束縛電子半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2.本征半導體的導電機理本征半導體的導電機理 本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。即自由電子和空穴。+4+4+4+4空穴吸引附近的電子來空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結果相當填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空移動，因此可以認

6、為空穴是載流子。穴是載流子。動畫演示動畫演示半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性本征半導體中電流由兩部分組成：本征半導體中電流由兩部分組成： 1) 1) 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2) 2) 空穴移動產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿赢a(chǎn)生的電流。半導體與金屬導體導電機理的區(qū)別： 導體：載流子自由電子導體：載流子自由電子半導體：載流子自由電子和空穴半導體：載流子自由電子和空穴 溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素。重要的外部因素。半導體器件教學內(nèi)容

7、半導體的特性1.1.2 雜質半導體雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。N 型半導體型半導體(Negative)(Negative)：自由電子濃度大大增加的：自由電子濃度大大增加的 雜質半導體，也稱為雜質半導體，也稱為 電子型半導體。電子型半導體。P P型半導體型半導體(Positive)(Positive)：空穴濃度大大增加的雜質：空穴濃度大大增加的雜質 半導體，也稱為空穴型半導體半導體，也稱為空穴型半導體. .半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1、N 型半導體型半導體+4+4+5+

8、4失去一個電子，形成正離子磷原子在硅或鍺晶體中在硅或鍺晶體中摻入少量的五價摻入少量的五價元素磷（或銻）元素磷（或銻）多數(shù)載流子（多子）自由電子多數(shù)載流子（多子）自由電子(主要由摻雜形成主要由摻雜形成)少數(shù)載流子（少子）空穴少數(shù)載流子（少子）空穴 (本征激發(fā)形成本征激發(fā)形成)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2 2、P 型半導體型半導體+4+4+3+4在硅或鍺晶體中摻入在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如少量的三價元素，如硼（或銦）硼（或銦）硼原子奪取一個電子形成負離子多數(shù)載流子空穴多數(shù)載流子空穴 (主要由摻雜形成主要由摻雜形成)少數(shù)載流子自由電子少數(shù)載流子自由電子(本征激發(fā)形成本征激發(fā)形成)半導體

9、器件教學內(nèi)容半導體的特性3、雜質半導體的示意表示法、雜質半導體的示意表示法在雜質半導體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決在雜質半導體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的雜質濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的雜質濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于溫度。無論是型或型半導體，從總體上看，于溫度。無論是型或型半導體，從總體上看，仍然保持著電中性。仍然保持著電中性。P 型半導體型半導體+N 型半導體型半導體半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性半導體的特點 半導體的導電機理不同于其它物質，所以半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。它具有不同于其它物質的特點。 導電能力受雜質影響很大。導

10、電能力受雜質影響很大。 導電能力受溫度、光照影響顯著。導電能力受溫度、光照影響顯著。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性本節(jié)中的有關概念本節(jié)中的有關概念 本征半導體、雜質半導體本征半導體、雜質半導體 自由電子、空穴自由電子、空穴 N型半導體、型半導體、P型半導體型半導體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.2 半導體二極管半導體二極管1.2.1 PN結及其單向導電性結及其單向導電性利用一定的摻雜工藝使一塊半導體的一側呈利用一定的摻雜工藝使一塊半導體的一側呈P型，另一側呈型，另一側呈N型，則其交界處就形成了型，則其交界處就形成了PN結。結。半導體器件教學內(nèi)容

11、半導體的特性1、PN結中載流子的運動結中載流子的運動擴散運動：由于兩區(qū)載流子濃度的差異，引起載擴散運動：由于兩區(qū)載流子濃度的差異，引起載流子由濃度高的地方向濃度低的地方的遷移。電流子由濃度高的地方向濃度低的地方的遷移。電子和空穴相遇時，將發(fā)生復合而消失，于是形成子和空穴相遇時，將發(fā)生復合而消失，于是形成空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)。區(qū)失去空穴區(qū)失去空穴帶負電的離子帶負電的離子區(qū)失去電子區(qū)失去電子帶正電的離子帶正電的離子建立起內(nèi)電場，方向區(qū)建立起內(nèi)電場，方向區(qū)區(qū)區(qū)形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性漂移運動：少數(shù)載流子在內(nèi)電場的作用下的運動。漂移運動：少數(shù)載流子在內(nèi)電場的作用下的

12、運動。區(qū)電子區(qū)電子區(qū)區(qū)區(qū)空穴區(qū)空穴區(qū)區(qū)內(nèi)電場方向區(qū)內(nèi)電場方向區(qū)區(qū)區(qū)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性P型半導體型半導體N型半導體型半導體擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。漂移運動漂移運動擴散的結果使空擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場越強使漂移內(nèi)電場越強使漂移運動越強，從而使運動越強，從而使空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)P型區(qū)型區(qū)N型區(qū)型區(qū)UD電位電位V+空間電荷區(qū)兩邊存在電位差空間電荷區(qū)兩邊存在電位差D稱電位壁壘。稱電位壁壘。硅：硅：0.60.8鍺：鍺：0.20.3半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性

13、擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場動態(tài)平衡動態(tài)平衡擴散電流擴散電流（多子）（多子）大小相等大小相等方向相反方向相反漂移電流漂移電流（少子）（少子）（空間電荷區(qū)、耗盡層）（空間電荷區(qū)、耗盡層）PNPN結結半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 PN PN結的形成結的形成多子的擴散運動使空間電荷區(qū)變寬，多子的擴散運動使空間電荷區(qū)變寬，少子的漂移運動使空間電荷區(qū)變窄，少子的漂移運動使空間電荷區(qū)變窄，最終達到動態(tài)平衡，最終達到動態(tài)平衡，擴擴漂漂，空間電荷區(qū)的寬，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定，即形成度達到穩(wěn)定，即形成PN結。結。空間電荷區(qū)又稱耗盡層或阻擋層?？臻g電荷區(qū)又稱耗盡層或阻擋層。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1、

14、若將一塊型半導體和一塊型半導體、若將一塊型半導體和一塊型半導體簡單放在一起，在它們的交界面上是否可以形成簡單放在一起，在它們的交界面上是否可以形成PN結？結？2、PN結內(nèi)部存在內(nèi)電場結內(nèi)部存在內(nèi)電場,若將若將P區(qū)端和區(qū)端和N區(qū)端用區(qū)端用導線連接，是否有電流流通？導線連接，是否有電流流通？ 思考題思考題半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2、 PN結的單向導電性結的單向導電性（1 1）PN PN 結正向偏置：正，負結正向偏置：正，負內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，能夠形成較大的擴散電流。內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，能夠形成較大的擴散電流。ER+PN內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄+_半導體器件教學內(nèi)容

15、半導體的特性內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制，少子漂移加內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制，少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。（2 2）PN 結反向偏置：結反向偏置：P P負，負，N N正正內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場NP_RE+變厚變厚+半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性PNPN結的特點：結的特點：（1）PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；導通具有較大的正向擴散電流；導通 （2）PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流；截止具有很小的反向漂移電流；截

16、止 （反向飽和電流（反向飽和電流IS ）得出結論：得出結論：PN結具有單向導電性。結具有單向導電性。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性PN 結加上管殼和引線，就成為半導體二極管。結加上管殼和引線，就成為半導體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片PN結結二極管的電路符號：二極管的電路符號：PN陽極陰極點接觸型點接觸型面接觸型面接觸型半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.1V。導通壓降導通壓降: : 硅管硅管0.60.8V,鍺管鍺管0.10.3V。反向擊穿反

17、向擊穿電壓電壓UBR正向特性正向特性反向特性反向特性反向飽和電流反向飽和電流IS二極管方程：二極管方程：) 1(/TUUSeII半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管長期使用時，允許流過二極管的最二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至過熱流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UR一般一般是是UBR的一半。

18、的一半。1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應用主以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應用主要利用它的單向導電性，應用于整流、限幅、保護要利用它的單向導電性，應用于整流、限幅、保護等等。等等。3. 反向電流反向電流 IR 指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，因此反向反向電流大，說明管子的單向導電性差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向反向電

19、流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。電流要比硅管大幾十到幾百倍。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性4. 二極管的極間電容二極管的極間電容 二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容組成：勢壘電容CB和擴散電容和擴散電容CD。5. 最高工作頻率最高工作頻率fM fM主要取決于主要取決于PN結結電容的大小。結電容愈結結電容的大小。結電容愈大，大，二極管允許的最高工作頻率愈低。二極管允許的最高工作頻率愈低。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性二極管的應用二極管的應用（1 1）二極管電路的模型分析法）二極管電路的模型分析法 理想模型：

20、正向導通時，二極管正向壓降為零；反向理想模型：正向導通時，二極管正向壓降為零；反向截止時，二極管電流為零。截止時，二極管電流為零。 恒壓源模型：正向導通時，二極管正向壓降為常數(shù)恒壓源模型：正向導通時，二極管正向壓降為常數(shù)（硅管（硅管0.7V0.7V，鍺管，鍺管0.2V0.2V）；反向截止時二極管電流為零。）；反向截止時二極管電流為零。（2）整流與檢波電路）整流與檢波電路 利用二極管的單向導電特性，將交變的雙向信號，轉利用二極管的單向導電特性，將交變的雙向信號，轉變成單向脈動信號。變成單向脈動信號。（3）限幅電路）限幅電路 利用二極管的導通和截止限制信號的幅度。利用二極管的導通和截止限制信號的幅

21、度。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性二極管的應用舉例二極管的應用舉例1 1：二極管半波整流：二極管半波整流( (理想二極管理想二極管)RLuiuouiuott+-+-半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性二極管的應用舉例二極管的應用舉例2 2：已知已知ui=12sint(V),VD為硅管為硅管管壓降管壓降UD=0.7V，試畫出輸出電壓波形。，試畫出輸出電壓波形。ui/V uo/Vtt125.7UD=ui5 UD0.7V,即即ui5.7V,VD導通，導通，uo=5.7V;ui5.7V,VD截止，截止，uo=ui.半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.2.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，曲線越陡，電壓

22、越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。 二極管工作在反向擊穿區(qū)，利用反向擊穿特性，電二極管工作在反向擊穿區(qū)，利用反向擊穿特性，電流變化很大，引起很小的電壓變化。流變化很大，引起很小的電壓變化。+IIZIZmax UZUZU半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 二極管的擊穿：二極管的擊穿：二極管處于反向偏置時，在一定的電二極管處于反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過壓范圍內(nèi)，流過PNPN結的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值時，結的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。 上述過程屬電擊穿，是可逆的，當加在穩(wěn)壓管兩端上述過程屬電擊穿，是可逆的

23、，當加在穩(wěn)壓管兩端的反向電壓降低后，管子仍可恢復原來的狀態(tài)。但它有的反向電壓降低后，管子仍可恢復原來的狀態(tài)。但它有一個前提條件，即反向電流和反向電壓的乘積不超過一個前提條件，即反向電流和反向電壓的乘積不超過PNPN結容許的耗散功率，超過了就會因為熱量散不出去而使結容許的耗散功率，超過了就會因為熱量散不出去而使PNPN結溫度上升，直到過熱而燒毀，這屬于熱擊穿。結溫度上升，直到過熱而燒毀，這屬于熱擊穿。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù):2.穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ 一般來說，工作電流較大時穩(wěn)壓性能較好。一般來說，工作電流較大時穩(wěn)壓性能較好。4. 額定功耗額定功耗PZmax

24、ZZZMIUP1.穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ5.電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U（%/） 穩(wěn)定電壓在穩(wěn)定電壓在4V7V之間的穩(wěn)壓管，之間的穩(wěn)壓管， U的值比較的值比較小，表示其穩(wěn)定電壓值受溫度的影響較小，性能比小，表示其穩(wěn)定電壓值受溫度的影響較小，性能比較穩(wěn)定。較穩(wěn)定。3.動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ rz越小，穩(wěn)壓性能越好。越小，穩(wěn)壓性能越好。 ZZIUZr半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常穩(wěn)壓時正常穩(wěn)壓時 VO =VZIZmin IZ IZmax穩(wěn)壓二極管的應用舉例穩(wěn)壓二極管的應用舉例 當輸入電壓或負載電阻當輸入電壓或負載電阻變化時，利用穩(wěn)壓管所起的變化時，利用穩(wěn)壓管

25、所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻上電壓或電流的變化進行阻上電壓或電流的變化進行補償，來達到穩(wěn)壓的目的。補償，來達到穩(wěn)壓的目的。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性題1-7 解：RL兩端電壓UO=UZ=6VmAkRUILOO616mARUUIZR20200610流過穩(wěn)壓管的電流 IZ=IR-IO=20-6=14mA半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性光電二極管光電二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管反向電流隨光照反向電流隨光照強度的增加而上強度的增加而上升，可將光信號升，可將光信號轉換為電信號轉換為電信號半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性國產(chǎn)二極管型號命名及含義國產(chǎn)二極管型號命名及含義2AP9N型

26、鍺材料小信號普通二極管2CW56N型硅材料穩(wěn)壓二極管半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.3 雙極型三極管（雙極型三極管（BJT）1.3.1 三極管的結構三極管的結構又稱為半導體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。又稱為半導體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。becNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極bceNPN型型PNP型型半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高becNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極集電結集電結發(fā)射結發(fā)射結半導體器件教學內(nèi)容半導體的特

27、性三個電極三個電極發(fā)射極發(fā)射極基極基極集電極集電極三個區(qū)三個區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)兩個結兩個結發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結bec符符號號結結構構becNPN型三極管型三極管PNP型三極管型三極管半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.3.2 三極管中載流子的運動和電流分配關系三極管中載流子的運動和電流分配關系VBBRbbecNNPVCC基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴散較的擴散較小。小。發(fā)射結正發(fā)射結正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴散，形擴散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。IE發(fā)射發(fā)射進入進入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的空穴復合，形成空穴復合，形成

28、電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴散到集電結。擴散到集電結。IBE復合和擴散復合和擴散外加電源使發(fā)射結外加電源使發(fā)射結正偏，集電結反偏。正偏，集電結反偏。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性IBnbecNNPVBBRbIEICn從基區(qū)擴散從基區(qū)擴散到集電結附到集電結附近的電子在近的電子在反向電壓下反向電壓下被拉向集電被拉向集電極形成極形成ICn。IC=ICn+ICBO ICn收集收集集電結反偏，有集電結反偏，有少子形成的反向少子形成的反向飽和電流飽和電流ICBO。ICBO半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性IBnICBObecNNPVBBRbVCCIEICnIC=ICn+ICBO ICnIB=IBn-ICBO

29、 IBnIBIE=ICn+IBn IC+IB動畫演示動畫演示共基直流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)：ECII共射直流電流放大系數(shù)：共射直流電流放大系數(shù)：BCII半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性三極管具有電流放大作用的條件：三極管具有電流放大作用的條件：內(nèi)內(nèi)部部條條件件 發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子濃度很高；發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子濃度很高； 基區(qū)很薄，摻雜濃度很??；基區(qū)很薄，摻雜濃度很?。?集電區(qū)面積很大，摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)。集電區(qū)面積很大，摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)。外外部部條條件件 發(fā)射結加正向偏壓（發(fā)射結正偏）；發(fā)射結加正向偏壓（發(fā)射結正偏）；集電結加反向偏壓（集電結反偏）。集電結加反向偏壓（集電結反偏）。思考題

30、：三極管發(fā)射極和集電極能否互換？思考題：三極管發(fā)射極和集電極能否互換？半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.3.3 特性曲線特性曲線 實驗線路實驗線路ICVVBB AVUBERbIBmAUCEVccRC半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1、輸入特性輸入特性iB( A)uBE(V)204060800.40.8uCE=0VuCE =1VuCE 2V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.1V。工作壓降：工作壓降： 硅管硅管uBE 0.60.8V,鍺管鍺管uBE 0.20.3V。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2、輸出特性輸出特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40

31、A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足iC= iB稱稱為線性區(qū)為線性區(qū)（放大區(qū)）。（放大區(qū)）。當當uCE大于一定大于一定的數(shù)值時，的數(shù)值時，iC只與只與iB有關有關。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中uCE uBE,集集電結正偏，電結正偏，集電結收集電結收集電子的能力降低，集電子的能力降低，iC不再隨著不再隨著iB作線性變作線性變化，出現(xiàn)發(fā)射極發(fā)射化，出現(xiàn)發(fā)射極發(fā)射有余，而集電極收集有余，而集電極收集不足現(xiàn)象不足現(xiàn)象, ,稱為飽和稱為飽和區(qū)區(qū).此時，硅管此時，硅管UCES 0.3

32、V（鍺管（鍺管0.1V)。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : iB=0,iC=ICEO,uBE0,UBC0 , PNP: UBE0,滿足滿足iC = iB(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。 NPN:UBE0,UBC0, PNP:UBE0,UBCiCS=(Vcc-UCES)/RC UCE UCES=0.3V UCES-三極管臨界飽和壓降三極管臨界飽和壓降, iC不再受不再受iB的控制的控制(3) 截止區(qū)：截止區(qū)： 發(fā)射結反偏，集電結反偏。發(fā)射結反偏，

33、集電結反偏。 NPN:UBE0,UBC0,UBC0 iB=0 ， iC=ICEO 0 半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性例例1： =50， VCC =12V， RB =70k ， RC =6k 當當VBB = 2V，2V，5V時，時，晶體管的靜態(tài)工作點晶體管的靜態(tài)工作點Q位位于哪個區(qū)？于哪個區(qū)？當當VBB =2V時：時：IB=0 ， IC=0Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性VBB =2V時：時：9mA01.0707 .02BBEBBBRUVI0.95mA9mA01050.IIBCIC IcS， Q位于飽和區(qū)。位于飽和區(qū)。mA26

34、3 .012SCCESCCCRUVIICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性判斷三極管的工作狀態(tài)可有以下方法判斷三極管的工作狀態(tài)可有以下方法:根據(jù)發(fā)射結和集電結的偏置電壓來判別根據(jù)發(fā)射結和集電結的偏置電壓來判別.根據(jù)偏置電流根據(jù)偏置電流IB、IC、ICS來判別。來判別。3. 根據(jù)根據(jù)UCE的值來判別，的值來判別，UCE VCC, ,管子工作在截止管子工作在截止區(qū)；區(qū)；UCE0，管子工作在飽和區(qū)。，管子工作在飽和區(qū)。例例2：試判斷：試判斷各三極管分各三極管分別工作在哪別工作在哪個區(qū)？個區(qū)？+0.7V+5V0V+

35、10.3V+10.75V+10VUBE=0.7V （正偏）（正偏）UBC=4.3V（反偏）（反偏） 放大狀態(tài)放大狀態(tài)飽和飽和半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性 根據(jù)晶體管的三個電極電位，判別三個電極及管子類型根據(jù)晶體管的三個電極電位，判別三個電極及管子類型原原理理硅管：硅管：UBE=0.7V;鍺管：鍺管： UBE =0.2VNPN管：管： UBE0, UBC0PNP管：管： UBE0步步驟驟三管腳兩兩相減，其中差值為三管腳兩兩相減，其中差值為0.7V(或或0.2V）的管腳為的管腳為B或或E，另一管腳為，另一管腳為C,并由此可知是并由此可知是硅管（或鍺管）。硅管（或鍺管）。假設三個管腳中電位居中的管

36、腳為假設三個管腳中電位居中的管腳為B，求，求UBE、UBC，若符合，若符合UBE0, UBC0，則為，則為NPN;若符若符合合UBE0,則為則為PNP。管子處于管子處于放大狀態(tài)放大狀態(tài)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性例例3：一個晶體管處于放大狀態(tài)，已知其三個電極：一個晶體管處于放大狀態(tài)，已知其三個電極的電位分別為的電位分別為5V、9V和和5.2V。試判別三個電極，。試判別三個電極，并確定該管的類型和所用的半導體材料。并確定該管的類型和所用的半導體材料。解：分別設解：分別設U1=5V,U2=9V,U3=5.2V U1U3=55.2=0.2V, 因此是鍺管，因此是鍺管，2腳為集電極腳為集電極C。 由

37、于由于3腳的電位在三個電位中居中，故設為基極腳的電位在三個電位中居中，故設為基極B，則，則1為發(fā)射極為發(fā)射極E，有：，有：UBE= U3U1=5.25.=0.2V 0 UBC= U3U2= 5.29=3.8V0,因此，為因此，為NPN型鍺管，型鍺管，5V、9V、5.2V所對應的電所對應的電極分別是發(fā)射極、集電極和基極。極分別是發(fā)射極、集電極和基極。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性共基直流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)：ECII1共射直流電流放大系數(shù)：共射直流電流放大系數(shù)：BCII共射交流電流放大系數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)：BCii共基交流電流放大系數(shù)：共基交流電流放大系數(shù)：ECii11一般為

38、幾十幾百一般為幾十幾百1、電流放大系數(shù)：、電流放大系數(shù)：1.3.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCii在以后的計算中，一般作近似處理：在以后的計算中，一般作近似處理： =例例4：已知：已知UCE=6V時時：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。求：。求： 和和解：解：半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2、反向飽和電流、反向飽和電流(1)集電極基極反向飽和電流集電極基極反向飽和電流ICBO AICBOICBO是集是集電結反偏電結反

39、偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流，受溫度的變化度的變化影響。影響。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性(2)集電極發(fā)射極反向飽和電流集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO(穿透電流）穿透電流）NNPBECICBO集電結反集電結反偏有偏有ICBOIBEICBO進入進入N區(qū)，形成區(qū)，形成IBE。 IBE根據(jù)放大關系，根據(jù)放大關系，由于由于IBE的存的存在，必有電流在，必有電流 IBE。ICEO= IBE+ICBO ICEO受溫度影響受溫度影響很大，當溫度上很大，當溫度上升時，升時，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相應增加。相應增加。反向電流反向電流的值越小，的值越小，表

40、明三極表明三極管的質量管的質量越高。越高。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性3、極限參數(shù)、極限參數(shù)(1)集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM 集電極電流集電極電流IC上升會導致三極管的上升會導致三極管的 值的下降，值的下降，當當 值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為為ICM。 (2)極間反向擊穿電壓極間反向擊穿電壓U(BR)CEO基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。U(BR)CBO發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。半導體器件教學內(nèi)容半

41、導體的特性(3)集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：PC =ICUCE 必定導致結溫必定導致結溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.4 場效應晶體管（場效應晶體管（FET)場效應管的特點：場效應管的特點：壓控器件：利用輸入回路的電場效應來控制輸壓控器件：利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流。出回路電流。單極型器件：僅由一種載流子（多子）參與導電，單極型器件：僅由一種載流子

42、（多子）參與導電，不易受溫度和輻射的影響。不易受溫度和輻射的影響。輸入電阻很高，噪聲很小。輸入電阻可達，輸入電阻很高，噪聲很小。輸入電阻可達， 1271010，輸入端基本不取電流。，輸入端基本不取電流。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性場效應管的分類：場效應管的分類：場效應管場效應管結型（結型（JFET) 絕緣柵型（絕緣柵型（IGFET)（MOS)N溝溝道道P溝溝道道耗盡型耗盡型增強型增強型N溝溝道道N溝溝道道P溝溝道道P溝溝道道均為耗盡型均為耗盡型半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性NNPPN1.4.1 結型場效應管結型場效應管:1、結構、結構基底基底 ：N型半導體型半導體兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)導電溝道導

43、電溝道G柵極柵極D漏極漏極S源極源極半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性N溝道結型場效應管溝道結型場效應管DGSG柵極柵極S源極源極D漏極漏極NNPPN半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性P溝道結型場效應管溝道結型場效應管DGSG柵極柵極S源極源極D漏極漏極NNNNP半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2、工作原理（以、工作原理（以N溝道為例）溝道為例）NGSDNNPPIDuDS=0V時時uGS=0導電溝導電溝道較寬。道較寬。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性DIDGSVGGNPPuGS0,耗盡區(qū)寬度增大，耗盡區(qū)寬度增大，溝道相應變窄。溝道相應變窄。但當?shù)攗GS較小時，耗盡較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導區(qū)寬度有限

44、，存在導電溝道。電溝道。DS間相當于間相當于線性電阻。線性電阻。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性DVGGIDSPPNuGS=UGS(off)（夾斷（夾斷電壓）電壓）,兩側兩側耗盡耗盡層合攏層合攏，導電溝道導電溝道被夾斷被夾斷。改變改變uGS的大小，可以有的大小，可以有效地控制溝道電阻的大效地控制溝道電阻的大小，但小，但uDS=0，所以，所以iD始終等于零始終等于零 。N溝道結型溝道結型場效應管場效應管UGS(off)為負為負值。值。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性uGS保持不變（保持不變（ UGS(off) uGS0iDVDDPPGNSDVGGuDS較小時，較小時，iD隨隨uDS的增大幾乎成正比的

45、增大幾乎成正比地增大。地增大。越靠近漏極處，越靠近漏極處，PN結反壓越大結反壓越大,耗盡層耗盡層最寬，源極處耗盡最寬，源極處耗盡層最窄。層最窄。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，當當uGD=UGS(off) 漏極處的漏極處的耗盡層開始合攏在一起，耗盡層開始合攏在一起，稱為預夾斷。稱為預夾斷。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，夾斷長度會夾斷長度會略有增加，但夾斷處場略有增加，但夾斷處場強很大，仍能將電子拉強很大，仍能將電子拉過夾斷區(qū)，形成漏極電過夾斷區(qū)，形成漏極電流。在從源極到夾斷處流。在從源極到夾斷處的溝道上，

46、溝道內(nèi)電場的溝道上，溝道內(nèi)電場基本上不隨基本上不隨uDS改變而改變而變化。變化。iD基本不隨基本不隨uDS增加而上升，漏極電流增加而上升，漏極電流趨于飽和趨于飽和IDSS。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性GVGGDVDDiDPPS uDS0,uGS0時時當當uGS=0時，耗時，耗盡層比較窄，導盡層比較窄，導電溝道比較寬，電溝道比較寬，iD比較大。比較大。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性VDDiDPPSVGG增大增大VGG，使使uGS0時時uGS足夠大時足夠大時（uGSUGS(th)），），形成電場形成電場GB,把把襯底中的電子吸引襯底中的電子吸引到上表面，除復合到上表面，除復合外，剩余的電子在外，

47、剩余的電子在上表面形成了上表面形成了N型型層（反型層）為層（反型層）為D、S間的導通提供了間的導通提供了通道。通道。UGS(th)稱為閾值電壓稱為閾值電壓(開啟電壓）開啟電壓）源極與源極與襯底接襯底接在一起在一起N溝道溝道半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性PNNGSDuDSuGSuGSUGS(th),uDS較較小時，漏極電流小時，漏極電流iD將隨將隨uDS上升而上升而增大。增大。iD半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性PNNGSDuDSuGSiD當當uDS較大時，較大時，柵漏之間的電柵漏之間的電位差最小，靠位差最小，靠近漏端的導電近漏端的導電溝道最窄；柵溝道最窄；柵源之間的電位源之間的電位差最大，導電差

48、最大，導電溝道最寬。溝道最寬。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性PNNGSDuDSuGSiD uDS增加到一定程度，增加到一定程度，uGD= uGS -uDS =UGS(th) 時，時，靠近靠近D端的溝道被夾斷，端的溝道被夾斷，稱為稱為預預夾斷。夾斷。夾斷后，夾斷后，uDS 繼繼續(xù)增加，將形續(xù)增加，將形成一夾斷區(qū)，成一夾斷區(qū)，iD趨于飽和，趨于飽和，呈恒流特性。呈恒流特性。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性輸出特性曲線輸出特性曲線iDu DS0uGS0（3）特性曲線）特性曲線預夾斷曲線預夾斷曲線可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)截止區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)對比對比半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性0iDuGSUGS(th)

49、轉移特性曲線轉移特性曲線2)() 1(thGSGSDODUuIi開啟電壓開啟電壓2UGS(th)IDO半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性GSD2、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS場效應管場效應管PN+N+GSD預埋了導預埋了導電溝道電溝道 uGS=0時就有導電溝道，時就有導電溝道，只要只要uDS0,即有即有iD；uGS0uGS=0uGS0輸出特性曲線輸出特性曲線半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性NP+P+GSDGSDP 溝道增強型溝道增強型半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性NP+P+GSD予埋了導予埋了導電溝道電溝道 GSDP 溝道耗盡型溝道耗盡型半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性各種場效應管對比半導體器件教學內(nèi)

50、容半導體的特性半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性1.4.3 場效應管主要參數(shù)場效應管主要參數(shù)1、直流參數(shù)、直流參數(shù)(1)飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS: 耗盡型場效應管的參數(shù)。耗盡型場效應管的參數(shù)。(2)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off) ： 耗盡型場效應管的參數(shù)。耗盡型場效應管的參數(shù)。(3)開啟電壓開啟電壓UGS(th) ： 增強型場效應管的參數(shù)。增強型場效應管的參數(shù)。(4)直流輸入電阻直流輸入電阻RGS :由于場效應管的柵極幾乎不取電流，因此其輸入電由于場效應管的柵極幾乎不取電流，因此其輸入電阻很高。阻很高。半導體器件教學內(nèi)容半導體的特性2、交流參數(shù)、交流參數(shù)(1)低頻跨導低頻跨導gm :表征場效應管放大作用的重要參數(shù)，表征場效應管放大作用的重要參數(shù)，用以描述柵源電壓用以描述柵源電壓uGS對漏極電流對漏極電流iD的控制作用。的控制作用。常數(shù)DSuGSDmuig單位：毫西門子（單位：毫西門子（mS）(2)極間電容：極間電容越小，管子的高頻性能越好