電子技術(shù)第1章_半導(dǎo)體器件(1)

1、第第1講講第第1章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，P型硅，型硅，N型硅型硅 1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1 半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和PN結(jié)結(jié)現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和現(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（價電子）都是四個。鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。Si硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體通過一

2、定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成制成晶體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。在硅和鍺晶體中，每個原子與其相臨的原在硅和鍺晶體中，每個原子與其相臨的原子之間形成子之間形成共價鍵共價鍵，共用一對價電子。，共用一對價電子。硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的原子共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為脫離共價鍵成為自由電子自

3、由電子，因此本征半導(dǎo)體，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+41.1.2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)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大

4、增加。載流子：電子，空穴大大增加。載流子：電子，空穴N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（主要載流子為電子，電子半導(dǎo)體）（主要載流子為電子，電子半導(dǎo)體）P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（主要載流子為空穴，空穴半導(dǎo)體）（主要載流子為空穴，空穴半導(dǎo)體）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的在硅或鍺晶體中摻入少量的五價五價元素磷（或元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相臨的磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子多出一個電子，這個，這個電子幾乎不受束縛，很容易被

5、激發(fā)而成為自由電子，電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為磷原子給出一個電子，稱為施主原子施主原子。硅或鍺硅或鍺 +少量磷少量磷(五價五價) 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+N型硅表示型硅表示SiPSiSiP型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的在硅或鍺晶體中摻入少量的三價三價元素，如硼（或元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半

6、導(dǎo)體原硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主受主原子原子。硅或鍺硅或鍺 +少量硼少量硼(三價三價) P型型半導(dǎo)體半導(dǎo)體空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被認(rèn)為帶一個單位的正電荷，并且空穴被認(rèn)為帶一個單位的正電荷，并且可以移動可以移動雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P P

7、型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1.1.3 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)。P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運動內(nèi)電場E漂移運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運動結(jié)處載流子的運動多子少子漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運動結(jié)處載流子的運動空間電荷區(qū)越寬，內(nèi)空間電荷區(qū)越寬，內(nèi)電場越強，就使漂移電場越強，就使漂移運動越強，而漂

8、移使運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)變薄。多子擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。少子漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運動結(jié)處載流子的運動所以擴(kuò)散和漂所以擴(kuò)散和漂移這一對相反移這一對相反的運動最終達(dá)的運動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)?shù)狡胶?，相?dāng)于兩個區(qū)之間于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的空間電荷區(qū)的厚度固定不變。厚度固定不變。多子少子1.1.4 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加正、區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)

9、加負(fù)電壓。 PN結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強，內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強，擴(kuò)散擴(kuò)散 飄移，正向電流大飄移，正向電流大空間電荷區(qū)變薄空間電荷區(qū)變薄PN+_正向電流正向電流PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+空間電荷區(qū)變厚空間電荷區(qū)變厚NP+_+內(nèi)電場加強，使擴(kuò)散停止，內(nèi)電場加強，使擴(kuò)散停止，有少量飄移，反向電流很小有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， A級級PNPN符號符號陽極陽極陰極陰極 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管(1)、基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PNP

10、N結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。極管。陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1 1）最大整流電流最大整流電流I IF F：指管

11、子長期運行時，允許通過的指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。最大正向平均電流。2 2）反向擊穿電壓反向擊穿電壓U UB B：指管子反向擊穿時的電壓值。指管子反向擊穿時的電壓值。3 3）最大反向工作電壓最大反向工作電壓U UDRMDRM：二極管運行時允許承受的二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為最大反向電壓（約為U UB B 的一半）。的一半）。4 4）反向電流反向電流I IR R：指管子未擊穿時的反向電流，其值越：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｐ?，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩? 5）最高工作頻率最高工作頻率f fm m：。正向電阻為零，正向?qū)〞r為短路特

12、性，正向電阻為零，正向?qū)〞r為短路特性，正向壓降忽略不計；反向電阻為無窮大，反向截止正向壓降忽略不計；反向電阻為無窮大，反向截止時為開路特性，反向漏電流忽略不計。時為開路特性，反向漏電流忽略不計。（5） 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，例例1：二極管：死區(qū)電壓：二極管：死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(硅二極管硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 RLuiuOuiuott二極管半波整流二極管半波整流例例2：D6V1

13、2V3k BAUAB+例例3:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 1. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管IZmax+-穩(wěn)壓二極管符號穩(wěn)壓二極管符號UIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流當(dāng)工作電流IZ在在Izmax和和 Izmin之間時之間時,其兩端電壓近似為其兩端電壓近似為常數(shù)常數(shù)正向同正向同二極管二極管穩(wěn)定穩(wěn)定電流電流穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓（6） 特殊二極管特殊二極管UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。電壓越穩(wěn)定。+-UZ動態(tài)電

14、阻：動態(tài)電阻：ZZIUZr rz越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓性能越好。性能越好。穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù): :（%/）ZZ ZIUr zmax例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZui uoiziURuo= ui - URuo2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過有正向電流流過時，發(fā)出一定波長時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的紅外到可見波段的光，它的電特性與光，它的電特性與一般二極管類似。一般二極管類似。3. 光電二極管光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而上升。IU

15、照度增加照度增加1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型BECNPN型三極管型三極管BECPNP型三極管型三極管三極管符號三極管符號NPNCBEPNPCBEBECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(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發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極+ + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _

16、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + 1.3.2 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBEc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。IE1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，形成電流電流IB ，多數(shù)擴(kuò)，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。散到集電結(jié)。IBBECNNPEBRBEcIE從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò)散來的電散來的電子漂移進(jìn)子漂移進(jìn)入集電結(jié)入集電結(jié)而被收集，而被收集，形成形成IC。IC2ICIB要使三極管能放大電流，必

17、須使發(fā)射結(jié)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正偏，集電結(jié)反偏。IE=IC+IB靜態(tài)電流放大倍數(shù)靜態(tài)電流放大倍數(shù)靜態(tài)電流放大倍數(shù)，動態(tài)電流放大倍數(shù)靜態(tài)電流放大倍數(shù)，動態(tài)電流放大倍數(shù) = IC / IBIC = IB動態(tài)電流放大倍數(shù)動態(tài)電流放大倍數(shù)IB ： IB + IBIC ： IC + IC = IC / IB一般認(rèn)為：一般認(rèn)為： = = ，近似為一常數(shù)，近似為一常數(shù)， 值范圍：值范圍：20100 IC = IB1.3.3 特性曲線特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBUSCUSB 實驗線路實驗線路(共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法)CBERC IB 與與UBE的關(guān)系曲線（同二

18、極管）的關(guān)系曲線（同二極管）（1）輸入特性）輸入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，硅管硅管0.5V工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.7V（2）輸出特性）輸出特性(IC與與UCE的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線)IC(mA )1234UCE(V)3691240 A60 AQQ = IC / IB =2 mA/ 40 A=50 = IC / IB =(3-2)mA/(60-40) A=50 = IC / IB =3 mA/ 60 A=50輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A

19、當(dāng)當(dāng)UCE大于一定的數(shù)大于一定的數(shù)值時，值時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB , 且且 IC = IB 。此區(qū)域此區(qū)域稱為線稱為線性放大區(qū)。性放大區(qū)。此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集集電結(jié)正偏，電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBEVBVE、PNP:VCVBVE)， IC= IB , 且且 IC = IB(2) 飽和區(qū)飽和區(qū) BE結(jié)正偏，結(jié)正偏，BC結(jié)正偏結(jié)正偏(NPN:VCVE、PNP:VCVBIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)截止區(qū) UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICE

20、O 0 ICmA AVVUCEUBERBIBUSCUSBCBERC例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -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)？USB =-2V， IB=0 ， IC=0，Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA IC= IB =50 0.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q位于飽位于飽和區(qū)和區(qū)(實際上，此時實際上，此時IC和和IB 已不是已不是 的關(guān)系）的關(guān)系）三極管的技術(shù)數(shù)據(jù)：（自學(xué)

21、）三極管的技術(shù)數(shù)據(jù)：（自學(xué)）（1）電流放大倍數(shù)）電流放大倍數(shù) （2）集）集-射間穿透電流射間穿透電流ICEO（3）集）集-射間反向擊穿電壓射間反向擊穿電壓UCEO (BR)（4）集電極最大電流）集電極最大電流ICM（5）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗PCM1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)管與晶體管不同，它是多子場效應(yīng)管與晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種:N溝道溝道P溝道溝道耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型DSGN符符

22、號號1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖圖 1.4.1N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個正向電壓，上一個正向電壓，N 型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的，型的，稱稱 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管。P 溝道場效應(yīng)管溝道場效應(yīng)管圖圖 1.4.2P 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場效應(yīng)管是在溝道場效應(yīng)管

23、是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的 N 型區(qū)型區(qū)( (N+) )，導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道為道為 P 型型，多數(shù)載流子為，多數(shù)載流子為空穴?？昭?。符號符號GDS二、工作原理二、工作原理 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變用改變 UGS 大小來控制漏極電大小來控制漏極電流流 ID 的。的。GDSNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+耗盡層耗盡層*在柵極和源極之間在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變加反向電壓，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流漏極電流 ID 減小，反之，減小，反之，漏極漏

24、極 ID 電流將增加。電流將增加。 *耗盡層的寬度改變耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。主要在溝道區(qū)。1. 設(shè)設(shè)UDS = 0 ，在柵源之間加負(fù)電源在柵源之間加負(fù)電源 VGG，改變，改變 VGG 大小。觀察耗盡層的變化。大小。觀察耗盡層的變化。ID = 0GDSN型型溝溝道道P+P+ ( (a) ) UGS = 0UGS = 0 時，耗時，耗盡層比較窄，盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬導(dǎo)電溝比較寬UGS 由零逐漸增大，由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) UGS = UP，耗盡層合，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾斷電壓斷電壓 UP 為負(fù)值。為

25、負(fù)值。ID = 0GDSP+P+N型型溝溝道道 ( (b) ) UGS 0，在柵源間加負(fù)，在柵源間加負(fù)電源電源 VGG，觀察，觀察 UGS 變化時耗盡層和漏極變化時耗盡層和漏極 ID 。UGS = 0，UDG ，ID 較大。較大。PUGDSP+NISIDP+P+VDDVGG UGS 0，UDG 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。( (a) )( (b) )GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS |UP|,ID 0,夾斷夾斷GDSISIDP+VDDVGGP+P+( (1) ) 改變改變 UGS ，改變了改變了 PN 結(jié)中電場，控制了結(jié)中電場，控制了 ID ，故稱場效應(yīng)管；，故稱

26、場效應(yīng)管； ( (2) )結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN 反偏，柵極反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高?；静蝗‰娏?，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高。( (c) )( (d) )三、特性曲線三、特性曲線1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性( (N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例) )常數(shù)常數(shù) DS)(GSDUUfIO UGSIDIDSSUP圖圖 1.4.6轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性UGS = 0 ，ID 最大；最大；UGS 愈負(fù)，愈負(fù)，ID 愈小；愈?。籙GS = UP，ID 0。兩個重要參數(shù)兩個重要參數(shù)飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS( (

27、UGS = 0 時的時的 ID) )夾斷電壓夾斷電壓 UP ( (ID = 0 時的時的 UGS) )UDSIDVDDVGGDSGV + +V + +UGS圖圖 1.4.5特性曲線測試電路特性曲線測試電路+ + mA1.4.2絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬金屬-氧化物氧化物-半半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱，或簡稱 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管。特點：輸入電阻可達(dá)特點：輸入電阻可達(dá) 109 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱時漏

28、源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；耗盡型場效應(yīng)管；UGS = 0 時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強型場效應(yīng)管。增強型場效應(yīng)管。一、一、N 溝道增強型溝道增強型 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P 型襯底型襯底N+N+BGSDSiO2源極源極 S漏極漏極 D襯底引線襯底引線 B柵極柵極 G圖圖 1.4.8N 溝道增強型溝道增強型MOS 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖2. 工作原理工作原理 絕緣柵場效應(yīng)管利用絕緣柵場效應(yīng)管利用 UGS 來控制來控制“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”的多的多少，改變由這些少，改變由這些“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，形成的導(dǎo)電溝道的狀

29、況，以控制漏極電流以控制漏極電流 ID。工作原理分析工作原理分析( (1) )UGS = 0 漏源之間相當(dāng)于兩個背靠漏源之間相當(dāng)于兩個背靠背的背的 PN 結(jié)，無論漏源之間加何結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，種極性電壓，總是不導(dǎo)電總是不導(dǎo)電。SBD圖圖 1.4.9( (2) ) UDS = 0，0 UGS 0， UGS UT漏極通過漏極通過導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道形成電流形成電流 ID 。DP型襯底型襯底N+N+BGSVGGVDD3. 特性曲線特性曲線( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性( (b) )漏極特性漏極特性ID/mAUDS /VOTGSUU 預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 可變可變電阻

30、區(qū)電阻區(qū)UGS UT 時時) )三個區(qū)：可變電阻區(qū)、三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)恒流區(qū)( (或飽和區(qū)或飽和區(qū)) )、擊穿、擊穿區(qū)。區(qū)。UT 2UTIDOUGS /VID /mAO圖圖 1.4.12 ( (a) )圖圖 1.4.12 ( (b) )二、二、N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管P型襯底型襯底N+N+BGSD+制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在這些正離子電場在 P 型襯底中型襯底中“感應(yīng)感應(yīng)”負(fù)電荷，形成負(fù)電荷，形成“反反型層型層”。即使。即使 UGS = 0 也會形成也會形成 N 型導(dǎo)電溝道。型導(dǎo)

31、電溝道。+UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)生，產(chǎn)生較大的漏極電流；較大的漏極電流；UGS 0；UGS 正、負(fù)、正、負(fù)、零均可。零均可。ID/mAUGS /VOUP( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDSS圖圖 1.4.15MOS 管的符號管的符號SGDBSGDB( (b) )漏極特性漏極特性ID/mAUDS /VO+1VUGS=0 3 V 1 V 2 V432151015 20圖圖 1.4.14特性曲線特性曲線1.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)1. 飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS2. 夾斷電壓夾斷電壓 UP3. 開啟電壓開啟電壓 UT4. 直流輸入電阻直流輸入電阻 RGS為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為增強型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為增強型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。輸入電阻很高。結(jié)型場效應(yīng)管一般在輸入電阻很高。結(jié)型場效應(yīng)管一般在 107 以上，絕以上，絕緣柵場效應(yīng)管更高，一般大于緣柵場效應(yīng)管更高，一般大于 109 。二、交流參數(shù)二、交流參數(shù)1. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo) gm2. 極間電容極間電容 用以描述柵源