半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性

1、半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性第 1 章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性教學(xué)內(nèi)容1.1 半導(dǎo)體的特性1.2 半導(dǎo)體二極管1.3 雙極型三極管1.4 場(chǎng)效應(yīng)三極管半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性 教學(xué)要求教學(xué)要求 本章重點(diǎn)是各器件的特性與模型，特別本章重點(diǎn)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(duì)于半要注意器件模型的適用范圍和條件。對(duì)于半導(dǎo)體器件，主要著眼于在電路中的使用，關(guān)導(dǎo)體器件，主要著眼于在電路中的使用，關(guān)于器件內(nèi)部的物理過(guò)程只要求有一定的了解。于器件內(nèi)部的物理過(guò)程只要求有一定的了解。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.1 半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特性導(dǎo)體：自然界中很容

2、易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體，金屬 一般都是導(dǎo)體。電阻率一般都是導(dǎo)體。電阻率(10(10-6-61010-4-4 cm)cm)絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)為絕緣體，如橡絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)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(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類(lèi)物半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類(lèi)物質(zhì)，稱(chēng)為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、質(zhì)，稱(chēng)為半導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性+4+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)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(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體：純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.1.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電特性本征半導(dǎo)體導(dǎo)電特性 在絕對(duì)在絕對(duì)0 0度（度（T T=0K=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。的帶電粒子（即載流子），半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。 當(dāng)溫度升高時(shí)（如在室溫下），由于熱激發(fā)，當(dāng)溫度升高時(shí)（如在室溫下），由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量，脫離共價(jià)鍵的束縛使一些價(jià)電子獲得足夠的能量

5、，脫離共價(jià)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(dǎo)體導(dǎo)電能力非常微弱。導(dǎo)體導(dǎo)電能力非常微弱。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性空穴自由電子束縛電子半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，本征半導(dǎo)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(lái)空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空移動(dòng)，因此可以認(rèn)

6、為空穴是載流子。穴是載流子。動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1) 1) 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2) 2) 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理的區(qū)別： 導(dǎo)體：載流子自由電子導(dǎo)體：載流子自由電子半導(dǎo)體：載流子自由電子和空穴半導(dǎo)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(dǎo)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)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。重要的外部因素。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容

7、半導(dǎo)體的特性1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)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(zhì)半導(dǎo)體，也稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱(chēng)為 電子型半導(dǎo)體。電子型半導(dǎo)體。P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(Positive)(Positive)：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)：空穴濃度大大增加的雜質(zhì) 半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體. .半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+5+

8、4失去一個(gè)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(jià)摻入少量的五價(jià)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性2 2、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)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(jià)元素，如少量的三價(jià)元素，如硼（或銦）硼（或銦）硼原子奪取一個(gè)電子形成負(fù)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(dǎo)體

9、器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性3、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于溫度。無(wú)論是型或型半導(dǎo)體，從總體上看，于溫度。無(wú)論是型或型半導(dǎo)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(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特點(diǎn) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。 導(dǎo)電能力受雜質(zhì)影響很大。導(dǎo)

10、電能力受雜質(zhì)影響很大。 導(dǎo)電能力受溫度、光照影響顯著。導(dǎo)電能力受溫度、光照影響顯著。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 自由電子、空穴自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦岳靡欢ǖ膿诫s工藝使一塊半導(dǎo)體的一側(cè)呈利用一定的摻雜工藝使一塊半導(dǎo)體的一側(cè)呈P型，另一側(cè)呈型，另一側(cè)呈N型，則其交界處就形成了型，則其交界處就形成了PN結(jié)。結(jié)。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容

11、半導(dǎo)體的特性1、PN結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由于兩區(qū)載流子濃度的差異，引起載擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：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(shí)，將發(fā)生復(fù)合而消失，于是形成子和空穴相遇時(shí)，將發(fā)生復(fù)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(fù)電的離子帶負(fù)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(chǎng)，方向區(qū)建立起內(nèi)電場(chǎng)，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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性漂移運(yùn)動(dòng)：少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下的運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)：少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下的

12、運(yùn)動(dòng)。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(chǎng)方向區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向區(qū)區(qū)區(qū)半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱(chēng)耗盡層。也稱(chēng)耗盡層。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)使漂移內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，從而使運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，從而使空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(chēng)電位壁壘。稱(chēng)電位壁壘。硅：硅：0.60.8鍺：鍺：0.20.3半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性

13、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散電流擴(kuò)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(jié)結(jié)半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性 PN PN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變寬，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變寬，少子的漂移運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變窄，少子的漂移運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變窄，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，擴(kuò)擴(kuò)漂漂，空間電荷區(qū)的寬，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定，即形成度達(dá)到穩(wěn)定，即形成PN結(jié)。結(jié)?？臻g電荷區(qū)又稱(chēng)耗盡層或阻擋層?？臻g電荷區(qū)又稱(chēng)耗盡層或阻擋層。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1、

14、若將一塊型半導(dǎo)體和一塊型半導(dǎo)體、若將一塊型半導(dǎo)體和一塊型半導(dǎo)體簡(jiǎn)單放在一起，在它們的交界面上是否可以形成簡(jiǎn)單放在一起，在它們的交界面上是否可以形成PN結(jié)？結(jié)？2、PN結(jié)內(nèi)部存在內(nèi)電場(chǎng)結(jié)內(nèi)部存在內(nèi)電場(chǎng),若將若將P區(qū)端和區(qū)端和N區(qū)端用區(qū)端用導(dǎo)線連接，是否有電流流通？導(dǎo)線連接，是否有電流流通？ 思考題思考題半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性2、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕? 1）PN PN 結(jié)正向偏置：正，負(fù)結(jié)正向偏置：正，負(fù)內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流。內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流。ER+PN內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變薄+_半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容

15、半導(dǎo)體的特性內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制，少子漂移加內(nèi)電場(chǎng)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。強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。（2 2）PN 結(jié)反向偏置：結(jié)反向偏置：P P負(fù)，負(fù)，N N正正內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)NP_RE+變厚變厚+半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性PNPN結(jié)的特點(diǎn)：結(jié)的特點(diǎn)：（1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；導(dǎo)通具有較大的正向擴(kuò)散電流；導(dǎo)通 （2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，結(jié)加反向電壓時(shí)，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(jié)論：得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴０雽?dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)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(jié)結(jié)二極管的電路符號(hào)：二極管的電路符號(hào)：PN陽(yáng)極陰極點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(dǎo)通壓降導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)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(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓而燒壞。手冊(cè)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用主以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用主要利用它的單向?qū)щ娦裕瑧?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)要利用它的單向?qū)щ娦?，?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)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(shí)的反向電流。指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(shì)壘電容組成：勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容和擴(kuò)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(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)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?qū)〞r(shí)，二極管正向壓降為零；反向理想模型：正向?qū)〞r(shí)，二極管正向壓降為零；反向截止時(shí)，二極管電流為零。截止時(shí)，二極管電流為零。 恒壓源模型：正向?qū)〞r(shí)，二極管正向壓降為常數(shù)恒壓源模型：正向?qū)〞r(shí)，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(shí)二極管電流為零。）；反向截止時(shí)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?qū)щ娞匦?，將交變的雙向信號(hào)，轉(zhuǎn)利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒔蛔兊碾p向信號(hào)，轉(zhuǎn)變成單向脈動(dòng)信號(hào)。變成單向脈動(dòng)信號(hào)。（3）限幅電路）限幅電路 利用二極管的導(dǎo)通和截止限制信號(hào)的幅度。利用二極管的導(dǎo)通和截止限制信號(hào)的幅

21、度。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)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(huà)出輸出電壓波形。，試畫(huà)出輸出電壓波形。ui/V uo/Vtt125.7UD=ui5 UD0.7V,即即ui5.7V,VD導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo=5.7V;ui5.7V,VD截止，截止，uo=ui.半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(shí)，在一定的電二極管處于反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò)壓范圍內(nèi)，流過(guò)PNPN結(jié)的電流很小，但電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，結(jié)的電流很小，但電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱(chēng)為反向擊穿。反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱(chēng)為反向擊穿。 上述過(guò)程屬電擊穿，是可逆的，當(dāng)加在穩(wěn)壓管兩端上述過(guò)程屬電擊穿，是可逆的

23、，當(dāng)加在穩(wěn)壓管兩端的反向電壓降低后，管子仍可恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。但它有的反向電壓降低后，管子仍可恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。但它有一個(gè)前提條件，即反向電流和反向電壓的乘積不超過(guò)一個(gè)前提條件，即反向電流和反向電壓的乘積不超過(guò)PNPN結(jié)容許的耗散功率，超過(guò)了就會(huì)因?yàn)闊崃可⒉怀鋈ザ菇Y(jié)容許的耗散功率，超過(guò)了就會(huì)因?yàn)闊崃可⒉怀鋈ザ筆NPN結(jié)溫度上升，直到過(guò)熱而燒毀，這屬于熱擊穿。結(jié)溫度上升，直到過(guò)熱而燒毀，這屬于熱擊穿。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(lái)說(shuō)，工作電流較大時(shí)穩(wěn)壓性能較好。一般來(lái)說(shuō)，工作電流較大時(shí)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(dòng)態(tài)電阻動(dòng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí) VO =VZIZmin IZ IZmax穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例 當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電阻當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，利用穩(wěn)壓管所起的變化時(shí)，利用穩(wěn)壓管

25、所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過(guò)限流電電流調(diào)節(jié)作用，通過(guò)限流電阻上電壓或電流的變化進(jìn)行阻上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓的目的。補(bǔ)償，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓的目的。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性題1-7 解：RL兩端電壓UO=UZ=6VmAkRUILOO616mARUUIZR20200610流過(guò)穩(wěn)壓管的電流 IZ=IR-IO=20-6=14mA半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(qiáng)度的增加而上強(qiáng)度的增加而上升，可將光信號(hào)升，可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性國(guó)產(chǎn)二極管型號(hào)命名及含義國(guó)產(chǎn)二極管型號(hào)命名及含義2AP9N型

26、鍺材料小信號(hào)普通二極管2CW56N型硅材料穩(wěn)壓二極管半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)又稱(chēng)為半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱(chēng)為三極管。又稱(chēng)為半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱(chēng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特

27、性三個(gè)電極三個(gè)電極發(fā)射極發(fā)射極基極基極集電極集電極三個(gè)區(qū)三個(gè)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(gè)結(jié)兩個(gè)結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)bec符符號(hào)號(hào)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)becNPN型三極管型三極管PNP型三極管型三極管半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.3.2 三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)和電流分配關(guān)系三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)和電流分配關(guān)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(kuò)散較的擴(kuò)散較小。小。發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)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(kuò)散，形擴(kuò)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(jìn)入進(jìn)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(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成

28、電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)。IBE復(fù)合和擴(kuò)散復(fù)合和擴(kuò)散外加電源使發(fā)射結(jié)外加電源使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正偏，集電結(jié)反偏。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性IBnbecNNPVBBRbIEICn從基區(qū)擴(kuò)散從基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)附到集電結(jié)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(jié)反偏，有集電結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性IBnICBObecNNPVBBRbVCCIEICnIC=ICn+ICBO ICnIB=IBn-ICBO

29、 IBnIBIE=ICn+IBn IC+IB動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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，摻雜濃度很小；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(jié)加正向偏壓（發(fā)射結(jié)正偏）；發(fā)射結(jié)加正向偏壓（發(fā)射結(jié)正偏）；集電結(jié)加反向偏壓（集電結(jié)反偏）。集電結(jié)加反向偏壓（集電結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.3.3 特性曲線特性曲線 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路ICVVBB AVUBERbIBmAUCEVccRC半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(chēng)稱(chēng)為線性區(qū)為線性區(qū)（放大區(qū)）。（放大區(qū)）。當(dāng)當(dāng)uCE大于一定大于一定的數(shù)值時(shí)，的數(shù)值時(shí)，iC只與只與iB有關(guān)有關(guān)。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)正偏，電結(jié)正偏，集電結(jié)收集電結(jié)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(chēng)為飽和稱(chēng)為飽和區(qū)區(qū).此時(shí)，硅管此時(shí)，硅管UCES 0.3

32、V（鍺管（鍺管0.1V)。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)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(jié)反偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)反偏，

33、集電結(jié)反偏。 NPN:UBE0,UBC0,UBC0 iB=0 ， iC=ICEO 0 半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性例例1： =50， VCC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)VBB = 2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)當(dāng)VBB =2V時(shí)：時(shí)：IB=0 ， IC=0Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性VBB =2V時(shí)：時(shí)：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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)和集電結(jié)的偏置電壓來(lái)判別根據(jù)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置電壓來(lái)判別.根據(jù)偏置電流根據(jù)偏置電流IB、IC、ICS來(lái)判別。來(lái)判別。3. 根據(jù)根據(jù)UCE的值來(lái)判別，的值來(lái)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(gè)區(qū)？個(gè)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性 根據(jù)晶體管的三個(gè)電極電位，判別三個(gè)電極及管子類(lèi)型根據(jù)晶體管的三個(gè)電極電位，判別三個(gè)電極及管子類(lèi)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(shè)三個(gè)管腳中電位居中的管

36、腳為假設(shè)三個(gè)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性例例3：一個(gè)晶體管處于放大狀態(tài)，已知其三個(gè)電極：一個(gè)晶體管處于放大狀態(tài)，已知其三個(gè)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(gè)電極，。試判別三個(gè)電極，并確定該管的類(lèi)型和所用的半導(dǎo)體材料。并確定該管的類(lèi)型和所用的半導(dǎo)體材料。解：分別設(shè)解：分別設(shè)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(gè)電位中居中，故設(shè)為基極腳的電位在三個(gè)電位中居中，故設(shè)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(duì)應(yīng)的電所對(duì)應(yīng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCii在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =例例4：已知：已知UCE=6V時(shí)時(shí)：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。求：。求： 和和解：解：半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)反偏電結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(jié)反集電結(jié)反偏有偏有ICBOIBEICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，形成區(qū)，形成IBE。 IBE根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)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(dāng)溫度上很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，升時(shí)，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相應(yīng)增加。相應(yīng)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(zhì)量管的質(zhì)量越高。越高。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值的下降，值的下降，當(dāng)當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即值下降到正常值的三分之二時(shí)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(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的基極開(kāi)路時(shí)，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(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半

41、導(dǎo)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(guò)三極管，流過(guò)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(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.4 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET)場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)：壓控器件：利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸壓控器件：利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)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(dǎo)電，單極型器件：僅由一種載流子

42、（多子）參與導(dǎo)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(dá)，輸入電阻很高，噪聲很小。輸入電阻可達(dá)， 1271010，輸入端基本不取電流。，輸入端基本不取電流。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)：場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)：場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型（結(jié)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(qiáng)型增強(qiáng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性NNPPN1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)基底基底 ：N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)導(dǎo)電溝道導(dǎo)

43、電溝道G柵極柵極D漏極漏極S源極源極半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSG柵極柵極S源極源極D漏極漏極NNPPN半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSG柵極柵極S源極源極D漏極漏極NNNNP半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(shí)時(shí)uGS=0導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道較寬。道較寬。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(yīng)變窄。溝道相應(yīng)變窄。但當(dāng)?shù)?dāng)uGS較小時(shí)，耗盡較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)區(qū)寬度有限

44、，存在導(dǎo)電溝道。電溝道。DS間相當(dāng)于間相當(dāng)于線性電阻。線性電阻。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性DVGGIDSPPNuGS=UGS(off)（夾斷（夾斷電壓）電壓）,兩側(cè)兩側(cè)耗盡耗盡層合攏層合攏，導(dǎo)電溝道導(dǎo)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(jié)型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管UGS(off)為負(fù)為負(fù)值。值。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性u(píng)GS保持不變（保持不變（ UGS(off) uGS0iDVDDPPGNSDVGGuDS較小時(shí)，較小時(shí)，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(jié)反壓越大結(jié)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，當(dāng)當(dāng)uGD=UGS(off) 漏極處的漏極處的耗盡層開(kāi)始合攏在一起，耗盡層開(kāi)始合攏在一起，稱(chēng)為預(yù)夾斷。稱(chēng)為預(yù)夾斷。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，夾斷長(zhǎng)度會(huì)夾斷長(zhǎng)度會(huì)略有增加，但夾斷處場(chǎng)略有增加，但夾斷處場(chǎng)強(qiáng)很大，仍能將電子拉強(qiáng)很大，仍能將電子拉過(guò)夾斷區(qū)，形成漏極電過(guò)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(chǎng)的溝道上，溝道內(nèi)電場(chǎng)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性GVGGDVDDiDPPS uDS0,uGS0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)uGS=0時(shí)，耗時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)盡層比較窄，導(dǎo)電溝道比較寬，電溝道比較寬，iD比較大。比較大。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性VDDiDPPSVGG增大增大VGG，使使uGS0時(shí)時(shí)uGS足夠大時(shí)足夠大時(shí)（uGSUGS(th)），），形成電場(chǎng)形成電場(chǎng)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(fù)合到上表面，除復(fù)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(dǎo)通提供了間的導(dǎo)通提供了通道。通道。UGS(th)稱(chēng)為閾值電壓稱(chēng)為閾值電壓(開(kāi)啟電壓）開(kāi)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性PNNGSDuDSuGSuGSUGS(th),uDS較較小時(shí)，漏極電流小時(shí)，漏極電流iD將隨將隨uDS上升而上升而增大。增大。iD半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性PNNGSDuDSuGSiD當(dāng)當(dāng)uDS較大時(shí)，較大時(shí)，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(dǎo)電近漏端的導(dǎo)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(dǎo)電差

48、最大，導(dǎo)電溝道最寬。溝道最寬。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(shí)，時(shí)，靠近靠近D端的溝道被夾斷，端的溝道被夾斷，稱(chēng)為稱(chēng)為預(yù)預(yù)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)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(yù)夾斷曲線預(yù)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(duì)比對(duì)比半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性0iDuGSUGS(th)

49、轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線2)() 1(thGSGSDODUuIi開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓2UGS(th)IDO半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性GSD2、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管PN+N+GSD預(yù)埋了導(dǎo)預(yù)埋了導(dǎo)電溝道電溝道 uGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，時(shí)就有導(dǎo)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(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性NP+P+GSDGSDP 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性NP+P+GSD予埋了導(dǎo)予埋了導(dǎo)電溝道電溝道 GSDP 溝道耗盡型溝道耗盡型半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性各種場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)比半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)

50、容半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性1.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。(2)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off) ： 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。(3)開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGS(th) ： 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)。(4)直流輸入電阻直流輸入電阻RGS :由于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極幾乎不取電流，因此其輸入電由于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極幾乎不取電流，因此其輸入電阻很高。阻很高。半導(dǎo)體器件教學(xué)內(nèi)容半導(dǎo)體的特性2、交流參數(shù)、交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm :表征場(chǎng)效應(yīng)管放大作用的重要參數(shù)，表征場(chǎng)效應(yīng)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(duì)漏極電流對(duì)漏極電流iD的控制作用。的控制作用。常數(shù)DSuGSDmuig單位：毫西門(mén)子（單位：毫西門(mén)子（mS）(2)極間電容：極間電容越小，管子的高頻性能越好