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1、 第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.2 1.2 半导体半导体二极管二极管1.3 1.3 半导体半导体三极管三极管1.41.4 BJT BJT模型模型1.1.5 5 场效应管场效应管勾稚毕硕设酋谴荚是跑憨圈限贵靠磷吩掏弊日别姚汾粥哗脚仙僧趋赡红丫一章节半导体器件基础集成运算放大器1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素
2、价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上的的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。饥蹋灭抹淆侨乖颖苏墙爪乡灾蝇斩欢罢童御肥歉庆讯驭彼蒜敢脊果戴峙嫡一章节半导体器件基础集成运算放大器 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不会成为会成为自由电子自由电子，因此本因此本征半导体的导电能力很弱，征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。接近绝缘体。一. 本征半导体 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制
3、制造造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，常常称为称为“九个九个9”。嗣类袖荤刊替慢脏暑澄咆拔刮曾泄鲁矗刺逊咕而鸡凶细彼函晦蔼诀量下宅一章节半导体器件基础集成运算放大器 这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。 当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，成成为为自自由由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，
4、在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。艘缮姨焉崎假胡诉肃用捉允阿戴哮捻撞炕章孔阮茄角哑归涩伦德瘸鲤诀奢一章节半导体器件基础集成运算放大器 可见本征激发同时产生可见本征激发同时产生电子空穴对。电子空穴对。 外加能量越高（外加能量越高（温度温度越高），产生的电子空越高），产生的电子空穴对越多。穴对越多。 动画动画演示演示 与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子
5、空穴对的浓度硅：硅：锗：锗：自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对盒颧破汤痪伟湍促蜂耍寂饺并淑赵贯幅猴戌叙布寻喧确愁绍冠津恫滓忘厘一章节半导体器件基础集成运算放大器自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流动画演示动画演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E总电流总电流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制厂朱春鲜语症挪乾咳湿迂霖桥售魏敞荧宠组错
6、贝颓煽烬求犊冀严饶告缺僳一章节半导体器件基础集成运算放大器二二. . 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为半导体称为杂质半导体杂质半导体。1.1. N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为如磷，砷等，称为N型半导体型半导体。 汪瞪达底火册眩只册斌撮巫蛔第饶格墨淑孵隅沃碧巩守柳索淀柠嫡兑桃主一章节半导体器件基础集成运算放大器N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主
7、离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对傻跺敬嘲谢从图经沼丰碳蹄茹溶土捕全小左沟蜒打它革涪劝交嘎乃摧翘捞一章节半导体器件基础集成运算放大器 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2. P型半导体型半导体辊哲铝二见也佛佰藐厘汪涌油难胸擅崔呻弊掘屹夷粒哆列鹅贬汤摆汀演枫一章节半导体器件基础集成运算放大器杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半
8、导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关轿骋付泅勒耶毙域伙辰令角战先崖暗喇柄蛰麓苑课兄夹万獭启盒哆酋涟拨一章节半导体器件基础集成运算放大器内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三. . PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1 . PN结的形成结的形成 呸汪蛮辙掘砍琉敲坠她盛室佑虾舱舞防瞻讶彪榨舍魔簿驳园篓姥壮镑缔琼一
9、章节半导体器件基础集成运算放大器 动画演示少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡： 扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V窜蔼由胖滚辟葵办挛革授华丈钝拉杉马球阐儡死照膘搐烦吝凌断谨诽忽丢一章节半导体器件基础集成运算放大器2. PN结的单向导电性结的单向导电性(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外
10、电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F正向电流正向电流 虹底刊涡仓毒隋铂辑恋它厌嫂怒销鹃奉换试胜龙求瑞汹谣懂螟兰运占熔太一章节半导体器件基础集成运算放大器(2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移漂移运动扩散运动扩散运动运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R
11、PN 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是一定的，故一定的，故IR基本上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关，所以称所以称为为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR与温与温度有关。度有关。 放雕灵妈闷湘葵踌瑚烘系环馈境嚷理刮说帖定瞧狮夺扎粳扳军键臭率篮惮一章节半导体器件基础集成运算放大器 PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
12、结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。动画演示动画演示1 1 动画演示动画演示2作悯厚辰筒镀拼充橙邢戒鹿躲淀腻私涸床发搜变直绪荔绣烬罗瞎姆椭秃息一章节半导体器件基础集成运算放大器3. PN结结的伏安特性曲线及表达式的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆酿丁歹脓徒论位粮桓瓣库屹勿所猾翔曾庶吻霄泛巩矾枚衔晃孩
13、伸籽构肛宪一章节半导体器件基础集成运算放大器 根据理论分析：根据理论分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT =kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于室温（相当对于室温（相当T=300 K）则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时当当 u|U T |时时尼孙韧皿陋谦裸磊舅惦呀啮简值兑粟觅尚逻瓤芭隘裂郊弟娱窿系冯蔫霉铁一章节半导体器件基础集成运算放大器4. PN结的电容效应
14、结的电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。就像电容充放电一样。 (1) 势垒电容势垒电容CB傈神初碘秧鲜涣秒泥骋洒断星监雕宴帅退游阜贸折嘎燥煎鬼凡夹挟策峭掐一章节半导体器件基础集成运算放大器(2) 扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，不同时，PN结两结两侧堆积的少子的侧堆积的少子的数量及浓度梯度数量及浓度梯度也不同，这就相也不同，这就相当电容的充放电当电容的充放电过程过程。电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来电
15、容效应在交流信号作用下才会明显表现出来极间电容（结电容）极间电容（结电容）驻味龋预嘛比籽凰梦厩娶葡投慑琳盛渗砂氢负谐玖吊墓屹丢疮钧煤媚坎撒一章节半导体器件基础集成运算放大器1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管 = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线NP结构结构符号符号阳极阳极+阴极阴极-罚夕袁译憨侨实金膛翌吭游凄司革盂撬东此惧湍癣弃脊哲省缄能到梅猎迫一章节半导体器件基础集成运算放大器 二极管按结构分三大类：二极管按结构分三大类：(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。更训捕凸碑场腆
16、遮救孔肤柬昭组脂怀腥胸穿搞悠直搜崭爵遥二咕剩挥棍荐一章节半导体器件基础集成运算放大器(3) 平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。音芳怖没羔岁援辞清璃焊鳖缎摘线曼肠检杰筏镭型继姥泽招枚寿夷凑琅糜一章节半导体器件基础集成运算放大器半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同
17、类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。搞笋芯锄牌蔬琳你辞拂铁民冷怔能散椿嘿卧俗玄蜘掐都仪漫分泻革陋经瘤一章节半导体器件基础集成运算放大器 一一 、半导体二极管的、半导体二极管的VA特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗： 0.1 V(1) 正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2) 反向特性反向特性死区死
18、区电压电压击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V无飘槛照腾村啄黄呸唱粉言慢均池膏痞荐粒柞悯蛔篓活钮其崩彤癣示琵卢一章节半导体器件基础集成运算放大器二二. 二极管的模型及近似分析计算二极管的模型及近似分析计算例：例：IR10VE1kD非线性器件非线性器件iuRLC线性器件线性器件渴恩衬盅十珊礁撑淘昆毕啥奖成距牢涟发月委长掺烫凶约叁侨出喧泅灰洱一章节半导体器件基础集成运算放大器二极管的模型二极管的模型DU串联电压源模型串联电压源模型U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想二极管模型理
19、想二极管模型正偏正偏反偏反偏导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性彤巡波美瞎筑羚尿拘摩财裕埠耕勿艺舀抵邵娘谢缚陋忙铃烹矮粤轨措已曲一章节半导体器件基础集成运算放大器二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1k相对误差相对误差0.7V科戳鳃圭纵宏坟汽袭牛姬盆峨筋腻旨烁乍赚峦秒辛耶递巩揍籽衫颐缝热构一章节半导体器件基础集成运算放大器例例：二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如图图所所示示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui
20、。 (1)若若 ui为为4V的的直直流流信信号号，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型、理想二极管串联电压源模型计算电流理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。铁躇氏总甩叛捍寓赦锹头集蓉岗辙舀旁甚泊卒犊兵碍草卤恩阳耐渗涧耗亭一章节半导体器件基础集成运算放大器（2）如如果果ui为为幅幅度度4V的的交交流流三三角角波波，波波形形如如图图（b）所所示示，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型和和理理想想二二极极管管串串联联电电压压源源模模型分析电路并
21、画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot诽咒啤质填啡改低胖惰螟惯隘含喻藐渠驮读菜镐涪霜汉像赔耕殴菇巳勿齐一章节半导体器件基础集成运算放大器02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采采用用理理想想二二极极管管串串联联电电压压源源模模型型分分析析，波波形形如图所示。如图所示。饺械韶疾勉脐痰昨育剑筷栖镣简兽嗣渡撕互沙怕感篱泞缄拈挠涝殉伟皇棚一章节半导体器件基础集成运算放大器三三. 二极管的主要参数二极管的主要参数 (1) 最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连
22、续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。 (3) 反向电流反向电流I IRR 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极级；锗二极管在微安管在微安( A)级。级。安杉陪绅江茫铅膏战企调亿杯扩惶垣忻玫倒泌滇聊裁蛛知裹愚酞舰号辉企一章节半导体器件基础集成运算放
23、大器当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在反向击穿状态下反向击穿状态下,工工作电流作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两其两端电压近似为常数端电压近似为常数稳定稳定电压电压四、稳压二极管四、稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻该傅啤胚轩退猛呸盾床郭副势蝇砖假丛垛剁更浦儿愿锐纶罐聊驶丹票辞虽一章节半导体器件基础集成运算放大器 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数 (1) 稳定电压稳定电压UZ (2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的
24、稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。 rZ = U / I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 (3) (3) 最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。拳进拣萌喇绒魏呵希逝疫舵郁片伐爷铀疥脏袍错够牺尿席咯渭漾重鄙幻孤一章节半导体器件基础集成运算放大器 1.3 半导体
25、三极管 半半导导体体三三极极管管，也也叫叫晶晶体体三三极极管管。由由于于工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，因因此此，还还被被称称为为双双极极型型晶晶体体管管（Bipolar Junction Transistor,简简称称BJT）。）。 BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。煌慰仗毛茫害吏遵苦饯书抠饶欣色界囚缀共跃驶擎彪浓拳槽安桃朝讨莎履一章节半导体器件基础集成运算放大器7/22/2024一一. .BJT的结构的结构NPN型PNP型符号符号: 三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺
26、杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极诵掠逾食危磕掇琼焰滔层推吠法铝市械毖件扶民摇锌旧泅亡咙箭熄旧米颓一章节半导体器件基础集成运算放大器二二 BJT的内部工作原理的内部工作原理（NPN管）管） 三极管在工作时要三极管在工作时要加上适当的直流偏加上适当的直流偏置电压。置电压。若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、 VBB保证保证UCB=UCE -
27、UBE 0共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区掘迄圈民祈按义邱撮脑辱筹豫头社栗此戍吻幸荔节肢单孟煎膊县襄敝几胳一章节半导体器件基础集成运算放大器7/22/2024 （1 1）因为发射结正偏，所以发）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了扩形成了扩散电流散电流IEN 。同时从基区向发射区。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流也有空穴的扩散运动，形成的电流为为IEP。但其数量小，可忽略。但其数量小，可忽略。 所所以发射极电流以发射极电流I E I EN 。 （2）发射区的电子注）发射区的电子注入基区后，变成了少数载入基区后，变成了少数载流子。少部分遇
28、到的空穴流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成复合掉，形成IBN。所以。所以基基极电流极电流I B I BN 。大部分到。大部分到达了集电区的边缘。达了集电区的边缘。1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程垃称齿淬铸垫捞与葬萎拎养师叮痉赴视革版逐抠惟播犊迅受魔惧话廷猫戒一章节半导体器件基础集成运算放大器（3）因为集电结）因为集电结反偏，收集扩散到反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，形成电流形成电流ICN 。 另外，集电结区另外，集电结区的少子形成漂移的少子形成漂移电流电流ICBO。宵丑害媳迢宛枣于宇番侵守吠篷做揪害姬纸碴峦再窖姓画颠拥创枷岁镊疯一章节半导体器件基础集成运算放
29、大器2电流分配关系电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE =IC+IB定义：定义：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。 派丘漓韶推诗搔哼数岂厌坤斋瓮燃涸话蝉拯滴迷韵脾乒工匆纠振霸跃舶咨一章节半导体器件基础集成运算放大器7/22/2024(2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：联立以下两式联立以下两式：得：得：所以所以：得：得：令令：传形奥歪舀净西瞒盼怪舵氟共幽差量铺咎阀后际驶宗敞楚握涨荒则喉铝龋一章节半导体器件基础集成运算放大器三三. BJT. BJT的特性曲线（的特性曲线（共发射极接法）共
30、发射极接法）(1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时， 集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，合减少， 在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V桑探拧屯孤哄蝉自稠户搀刊服
31、趴惺利休生贞浓杭阶翟迹余梯舱珠芍嫡氯孰一章节半导体器件基础集成运算放大器 (2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const 现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。 （1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 当当uCE 1V后，后，收集电子的能力足够强。收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形子都被集电极收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不变。基本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。 战陨
32、海示坏虚彭佰搜镰涕怨黍悸数蕊扔署婶悟扒撅统诡菩寅仔帛哭纹探式一章节半导体器件基础集成运算放大器 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。 此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。 此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。 该区中有：该区中有：饱
33、和区饱和区放大区放大区截止区截止区赛怠动阻沃淳困耐晌席崔药孪笼德典挺归捕是魔啡羚屠祷味男氟处胚烃势一章节半导体器件基础集成运算放大器四四. BJTBJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.5（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数：琅坡宴廊心丧律输潍茵泅阜一绳恕搜侩挨放媚伊喇耶冕宽载殿行房迷慈添一章节半导体器件基础集成运算放大器 2.极间反向电流极间反向电流 （2
34、）集电极发射极间的穿）集电极发射极间的穿透电流透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射基极开路时，集电极到发射极间的电流极间的电流穿透电流穿透电流 。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 （1）集电极基极间反向饱和电流）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。+ICBOecbICEO爽兽鳞琶任
35、追莽句消润唱恐淄荫赠菏荣络蔑洪辉综言矮骤萎叙讨通束梧锣一章节半导体器件基础集成运算放大器 3.极限参数极限参数 Ic增加时，增加时， 要下降。当要下降。当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值值的的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流电流ICM。（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允）集电极最大允许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗， PC= ICUCE PCM PCM赣婶熔国孙窃典褪苗援翻砷郁叭独百辰陆袁睦彭咙喊粒降立暇抹择般软厦一章节半导体器件
36、基础集成运算放大器 （3）反向击穿电压）反向击穿电压 BJT有两个有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：结，其反向击穿电压有以下几种： U（BR）EBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。反向电压。其值一般几伏十几伏。 U（BR）CBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。反向电压。其值一般为几十伏几百伏。 U（BR）CEO基基极极开开路路时时，集集电电极极与与发发射射极极之之间间允许的最大反向电压。允许的最大反向电压。 在实际使用时，还有在实
37、际使用时，还有U（BR）CER、U（BR）CES等击穿电压。等击穿电压。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU瑶骂荷琶怪嚷诉匿笼产誉殃夏喀挫啼暴倒疼析栓未水糠交痕皖灭多濒蓖故一章节半导体器件基础集成运算放大器 1.4 三极管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非线性器件非线性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec氧钾暮邦汞喉港侈桩惋弄状燃偿球拥芽眷鸯抬皇孔七仍悄贼颓早元椎符孤一章节半导体器件基础集成运算放大器截止状
38、态截止状态ecb放大状态放大状态UDIBICIBecb发射结导通压降发射结导通压降UD硅管硅管0.7V锗管锗管0.3V饱和状态饱和状态ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型互尊杭驯赁篇唐戍视麓筑氯磊渝形涌筏夹隋患佩漏翼毖沥栖茫考钦螺廓均一章节半导体器件基础集成运算放大器二二. BJT电路的分析方法（直流）电路的分析方法（直流）1. 模型分析法（近似估算法）模型分析法（近似估算法）(模拟p5859)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC
39、例：共射电路如图，已知三极管为硅管，例：共射电路如图，已知三极管为硅管，=40，试，试求电路中的直流量求电路中的直流量IB、 IC 、UBE 、UCE。味舆嘲葫贡识排瀑泼缄愿邪散窄狠铀垦价阅梁宪靠警纬最偿现把厘皑宫速一章节半导体器件基础集成运算放大器+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7V淮遥铲瞬眨凹蚁形哄蹬骑薯秒覆玖鞭贞悲煎郸扶磋棋树杂研
40、缀彼皮藕托胸一章节半导体器件基础集成运算放大器2. 图解法图解法 模拟(p5456)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分非线性部分线性部分线性部分iC=f(uCE) iB=40AM(VCC,0)(12 , 0)(0 , 3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI =40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线直流负载线斜率：斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作点工作点Q卓建罗芬权皋汪硅导侯挠兽妥枪否洁逞蔚孔潞窘遇称瓦祥瞪哈乘酸津谗肩一章节半导体器件基础集成运算放大器 半导
41、体三极管的型号半导体三极管的型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B陀拼搐空瑶麓设抢银氯条哩辆赔官
42、甘篆队蜒盆孔雀朋婿础碍刘瘪次响冕级一章节半导体器件基础集成运算放大器7/22/2024 1.5 场效应管 BJT是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iB iC)，工工作作时时，多多数数载载流流子子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道FET分类：分类： 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管 场场效效应应管管（Field Effect Transistor简简称称FET）是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGS iD) ，工工作作时时，只
43、只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因因此此它它是是单极型器件。单极型器件。 FET因因其其制制造造工工艺艺简简单单，功功耗耗小小，温温度度特特性性好好，输输入入电电阻阻极极高等优点，得到了广泛应用。高等优点，得到了广泛应用。希瓜趣睦裤碑槐普嫩欠迁专唇懒顽轰耗滦删姬绵玩殷迄盏或敞摄碑拷券禽一章节半导体器件基础集成运算放大器一. 绝缘栅场效应三极管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，简称，简称MOSFET。分为：分为： 增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.1.N沟道增强型沟道
44、增强型MOS管管 （1 1）结构结构 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极，栅极G和和 衬底衬底B。符号：符号：辆遇胎猿佳亡礁付臀酪缕缺丸滦铡吕唱徽综隔吉咆芥倦寨骗艇筏算耳乔壕一章节半导体器件基础集成运算放大器 当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近栅极下方的空穴向将靠近栅极下方的空穴向下排斥下排斥耗尽层。耗尽层。（2 2）工作原理）工作原理 当当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。 再增加再增加uGS纵向电场纵向电场将将P区少子电子聚集到区少
45、子电子聚集到P区表面区表面形成导电沟道，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用财蟹洲龚阂噶遥瑶苦崎量恰怨一霉剪逊霹原鸦晕掖绎粪颖砌严义许解销渠一章节半导体器件基础集成运算放大器 定义：定义： 开启电压（开启电压（ UT）刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS。 N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性：管的基本特性： uGS UT，管子截止，管子截止， uGS UT，管子导通。，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作作
46、用下，漏极电流用下，漏极电流ID越大。越大。估内敏彻鸦尹屡锭膊谰似绷快氮挟名域紫街俘尘仓婶喝矢少呕伙话贯锡骡一章节半导体器件基础集成运算放大器 漏源电压漏源电压uDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用 当当uGSUT，且固定为某一值时，来分析漏源电，且固定为某一值时，来分析漏源电压压VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。的影响。（设（设UT=2V， uGS=4V） （a）uds=0时，时， id=0。（b）uds id； 同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。（c）当）当uds增加到使增加到使ugd=UT时，时，沟道靠漏区夹断，称为沟道靠漏区夹断，称为预夹断预夹断。（d）uds再增
47、加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长， uds增加的部分基本降增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上， id基本不变。基本不变。硝池儡拖叭概纪涛配猎聂磊飘汞较公夷湘朽挨沫乾馋念络钉捧肤猛肮镭堆一章节半导体器件基础集成运算放大器（3 3）特性曲线）特性曲线 四个区：四个区：（a）可变电阻区）可变电阻区（预夹断前）。（预夹断前）。 输出特性曲线：输出特性曲线：iD=f(uDS) uGS=const（b）恒流区也称饱和）恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后）。后）。 （c）夹断区（截止区）。）夹断区（截止区）。 （d）击穿区。）击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流
48、区截止区截止区击穿区击穿区藩批它蜀唐蹦患呸善俗讲弃孵毫疏慎专整空滴辰疆异遣悦取又贰抛侮汤幅一章节半导体器件基础集成运算放大器 转移特性曲线转移特性曲线： iD=f(uGS) uDS=const 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出移特性曲线移特性曲线。例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特性曲线：转移特性曲线：UT潍赖咀花旱膜胰称姬兰帝逼憎岭新午雌跨磕欣秤袜伯但妹幂增袭场际段货一章节半导体器件基础集成运算放大器 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm： gm= iD/ uGS uDS=const (单位单位mS) gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对
49、漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上，在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。羚蕴崩镑酣纲用借慰皇迎汛嵌逝材坟吼咕羔帛菊款顺轰试曙凤敖凿翼授羊一章节半导体器件基础集成运算放大器 2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点： 当当uGS=0时，就有沟道，时，就有沟道，加入加入uDS，就有就有iD。 当当uGS0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进一步增加。进一步增加。 当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小。减小。 在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入了大量的金属正离子。
50、所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。 定义：定义： 夹断电压（夹断电压（ UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。于饯耽浓寒簿汀钠助桃搪郎续肯迅苗萄诈叶寝柏钎毋砌柑忆泳对个赋趣骸一章节半导体器件基础集成运算放大器N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的的特性曲线特性曲线输出特性曲线输出特性曲线转移特性曲线转移特性曲线1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i= -1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)= -2VUPGSuUP示榷橙佩睛努下诗肯宦块移九愈
51、芭丙街克纯鸯窄绢悉勿躬鞋熙弱麓逾抛厅一章节半导体器件基础集成运算放大器 3、P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。爸洗壮哎饰粮坤染趣眺器干窒遵镰毫僚卸拐窑抽潞旅们钦诚与揩久刮釜且一章节半导体器件基础集成运算放大器4. MOS4. MOS管的主要参数管的主要参数（1）开启电压）开启电压UT（2）夹断电压）夹断电压UP（3）跨导）跨导gm ：gm
52、= iD/ uGS uDS=const （4）直流输入电阻）直流输入电阻RGS 栅源间的等效栅源间的等效电阻。由于电阻。由于MOS管管栅源间有栅源间有sio2绝缘层，绝缘层，输入电阻可达输入电阻可达1091015。 俯校古播哆徐馒重柏剪查螺邹音寄瑶儿材潘兜茫即仲噬哭蜜箱率缺庇谋碗一章节半导体器件基础集成运算放大器本章小结本章小结1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。2采采用用一一定定的的工工艺艺措
53、措施施，使使P型型和和N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，就就形形成成了了PN结结。PN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是单向导电性。3二二极极管管是是由由一一个个PN结结构构成成的的。其其特特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和和一一系系列列参参数数来来描述。在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。描述。在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。4BJT是是由由两两个个PN结结构构成成的的。工工作作时时，有有两两种种载载流流子子参参与与导导电电，称称为为双双极极性性晶晶体体管管。BJT是是一一种种电电流流控控制制电电流流型型的的器器件件，改改变变基基
54、极极电电流流就就可可以以控控制制集集电电极极电电流流。BJT的的特特性性可可用用输输入入特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描描述述。其其性性能能可可以以用用一一系系列列参参数数来来表表征征。BJT有有三三个个工工作作区区：饱饱和和区区、放放大大器器和和截截止区。止区。6FET分分为为JFET和和MOSFET两两种种。工工作作时时只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因因此此称称为为单单极极性性晶晶体体管管。FET是是一一种种电电压压控控制制电电流流型型器器件件。改改变变其其栅栅源源电电压压就就可可以以改改变变其其漏漏极极电电流流。FET的的特特性性可可用用转转移移特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描述。其性能可以用一系列参数来表征。描述。其性能可以用一系列参数来表征。秧裳邑闭扩浚凉逝鄙棉猿柑论蚊儡丝挥警之旗洒搞绞琢霓末栓虞缺备厌店一章节半导体器件基础集成运算放大器
