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1、电 子 学 基 础制作：王林炜第一章 半导体器件的特性 1.1 半导体的导电特性1.2 PN结1.3 二极管1.4 双极型晶体管1.5 场效应管第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性1.1 半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半
2、导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性导导 体体绝缘体绝缘体半导体半导体 104cm 109cm半导体的导电性能由其原子结构决定 以硅、锗为例：硅的原子序数是14，锗的原子序数是32，它们有一个共同点，即都是4价元素价元素，且都具有晶格结构晶格结构。本征半导体本征半导体纯净的、不含其他杂质的半导体T = 0K(273) ，电阻率约电阻率约1014cm一、本征半导体的导电特性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电
3、特性半导体的导电特性半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性当温度升高，如室温条件自由电子自由电子空空 穴穴空穴空穴是半导体区别于导体的重要特征空穴空穴运动运动共有电子的填补运动共有电子的填补运动相当于正电荷的运动相当于正电荷的运动 将物质内部运载电荷的粒子称为载流子载流子，物质的导电能力取决于载流子的数目数目和运动速度运动速度。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性一、本征
4、半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性半导体中存在两种载流子两种载流子带负电负电的自由电子自由电子带正电正电的空穴空穴 本征半导体中自由电子和空穴成对出现，称为电子电子 空穴对空穴对，故两种载流子的浓度是相同的。 一、本征半导体的导电特性 由于物质的热运动，半导体中的电子空穴对不断地产生，同时，当电子与空穴相遇时又因复合而使电子空穴对消失。在一定温度下，产生和复合两种运动达到了动动态平衡态平衡，使电子空穴对的浓度一定。本征半导体中载流本征半导体中载流子的浓度子的浓度，除与半导体材料本身的性质有关外，还与温度密切相关，随温度的升高随温度的升高，基
5、本上按指数规律增加基本上按指数规律增加。故本征载流子对温度十分敏感。硅材料每升高8、锗材料每升高12，本征载流子浓度增加一倍；可见温度温度是影响半导体导电性能的一个重要因素。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性 本征半导体中虽存在两种载流子，但因本征载流子浓度很低，所以导电能力很差。若在本征半导体中掺
6、入某种特定的杂质，成为杂质半导体杂质半导体，则它们的导电性能将发生显著变化。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性 根据掺杂的不同，杂质半导体可分为N N型型和P P型型两种。1、 N型半导体型半导体 如果在硅或锗的晶体中掺入少量的5 5价元素价元素，如磷、砷、锑等，则原来晶格中的某些硅原子将被5价杂质原子代替。由于杂质原子最外层有5个价电子，因此它
7、与周围4个硅原子组成共价键时多余一个电子。这个电子不受共价键束缚，只受自身原子核的吸引，这种束缚较弱，在室温条件下即可成为自由电子。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性 在这种杂质半导体中，自由电子的浓度将大大高于空穴的浓度，即np。因此这类半导体主要依靠电子导电，故称为电子型半电子型半导体导体或N型半导体型半导体(由于电子带负电，故用Negativ
8、e表示)，其中的 5 价杂质原子可以提供电子，所以称为施主原子施主原子。N 型半导体中的自由电子称为多数载流子多数载流子 (简称多子多子)，而其中的空穴称为少数载流子少数载流子 (简称少子少子)。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性2、P型半导体型半导体 如果在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素价杂质元素,如硼、镓、铟等，此时杂质原子最外层有3个
9、价电子，因此它与周围4个硅原子组成共价键时，由于缺少一个电子而形成空穴，如图所示。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性 因此，在这种杂质半导体中，空穴的浓度将比自由电子的浓度高的多，即 p n。因此这类半导体主要依靠空穴导电，故称为空穴型半导体空穴型半导体或P型半导体型半导体 (由于电子带正电，故用 Positive 表示)，这种3价杂质原子能够产生
10、多余的空穴，起着接受电子的作用，故称为受主原子受主原子。在 P型半导体中多子是空穴，少子是电子。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性* * 在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，且基本上等于杂质的浓度；少子的浓度少子的浓度虽然很低，但受温度影响显受温度影响显著著；多子的浓度多子的浓度基本不受温度影响基本不受温度影响。第一章第一章第一章第
11、一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.1 1.1 1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性1.2 PN结一、PN结的形成二、 PN结的单向导电性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.2 PN1.2 PN1.2 PN1.2 PN结结结结一、 PN结的形成第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.2 PN1.2 PN
12、1.2 PN1.2 PN结结结结一、一、一、一、PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成 如果将一块半导体的一侧掺杂成 P型半导体，而另一侧掺杂成 N型半导体。 在交界处将形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电空间电荷区荷区，也就是PNPN结结。耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层内电场对应的电位差VD称电位壁垒电位壁垒硅硅材料约 0.6 0.8V锗锗材料约 0.2 0.3V多子多子扩散扩散少子少子漂移漂移 如果PN结两端加上不同极性的直流电压，就可以打破上述的动态平衡。二、 PN结的单向导电性单向导电性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性
13、 1.2 PN1.2 PN1.2 PN1.2 PN结结结结二、二、二、二、PNPNPNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 外电源的正极接正极接P区，负区，负极接极接N区区时，称为正向偏置正向偏置，即PN结加正向电压。加加正向正向电压，电压，PN结结导通导通 如果PN结两端加上不同极性的直流电压，就可以打破上述的动态平衡。二、 PN结的单向导电性单向导电性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.2 PN1.2 PN1.2 PN1.2 PN结结结结二、二、二、二、PNPNPNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导
14、电性结的单向导电性 外电源的正极接正极接N区，负区，负极接极接P区区时，称为反向偏置反向偏置，即PN结加反向电压。加加反向反向电压，电压，PN结结截止截止1.3 二极管一、二极管的结构二、二极管的伏安特性三、稳压二极管四、二极管电路第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管一、二极管的结构及分类第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管一、二极管的结构一、二极管的结构一、二极管的结构一
15、、二极管的结构 在PN结两端引出相应的电极并加上外壳，就制成一个半导体二极管，如图所示。按结构结构分点接触型点接触型面接触型面接触型按材料材料分平面型平面型硅管硅管锗管锗管按用途用途分整流二极整流二极管管检波二极检波二极管管发光二极发光二极管管稳压二极稳压二极管管由P区引出的电极叫正正(或阳阳)极极(A)，由N区引出的电极叫负负(或阴阴)极极(K)，符号中的箭头方向表示正向导通(即电流)方向。 二二、二极管的伏安特性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管二、二极管的伏安特性二、二极管的
16、伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性1、PN结的伏安特性伏安特性 理论证明，流过PN结的电流与PN结两端的电压之间的关系为式中， 称为温度的电压当量温度的电压当量，其中k 为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子的电量。在室温室温(300K)时， 。V VT T26mV26mV第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性正正向向特特性性反反向向特特性性二二、二极管的伏安
17、特性1、PN结的伏安特性伏安特性2、二极管的伏安特性伏安特性第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可以用逐点测量的方法测绘 二极管的伏安特性与PN结的伏安特性略有差别有差别，原因在于： 二极管正向偏置时, , PN结以外P区和N区的体电阻、电极的接触电阻及引线电阻的存在，使正向电流有所减小正向电流有所减小； 在反向偏置时, 由于PN结表面漏电流的存在，使反向电流稍有增大反向电流稍有增大，
18、且且随反向电压的增高略有增加随反向电压的增高略有增加。 当反向电压继续升高超过V(BR)以后,反向电流将急剧增大，此现象称为二极管的击穿击穿，V(BR)称为反向击穿电压反向击穿电压。门限门限电压电压开启开启电压电压开启电压：开启电压：硅硅管0.5V左右 锗锗管0.1V左右 二极管正常导通导通工作时的管管压降：压降：硅硅管管0.7V，锗锗管管0.3V。3、二极管的主要参数主要参数第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数三、二极管的
19、主要参数、最大正向电流最大正向电流IFM：指二极管长期工作时允许通过 的最大正向平均电流。IFM的数值由二极管温升(PN 结的面积、材料和散热条件)所限定。管子使用时 不应超过此值，否则可能使二极管过热而损坏。、反向峰值电压反向峰值电压VRM：指二极管在正常使用时, 不允 许超过的反向电压的极限值。为确保管子工作安 全，通常反向峰值电压VRM为击穿电压V(BR) 的一 半，即、最高工作频率最高工作频率fM：二极管具有单向导电性的最高工作频率, 其值主要由管子的势垒电容和扩散电容的大小决定。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3
20、 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数 二极管的参数反映二极管性能好坏，是选择使用二极管的依据。二极管的类型和参数可从半导体器件手册中查出。、反向直流电流反向直流电流IR(sat)：指二极管未被击穿时的反向 直流电流， IR(sat)越小，管子的单向导电性越好。3、二极管的主要参数主要参数三、稳压二极管 稳压稳压二极管二极管简称稳压管稳压管，实质是一个面接触型硅二极管，具有陡峭的反向击穿特性，通常工作在反向工作在反向击穿状态击穿状态。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导
21、体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管三、稳压二极管三、稳压二极管三、稳压二极管三、稳压二极管. .1、稳压管的伏安特性伏安特性 当稳压管处于击穿状态时，反向电流的变化量Iz较大时, 引起管子两端的电压变化量Vz却很小,说明其具有“稳压稳压”特性。 稳压管除在制造工艺上保证其能在反向击穿状态下长期工作，外部电路还应有限流措施，否则，流过稳压管的电流超过其最大允许电流，稳压管就会因热击穿而损坏。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管三、稳压二极管三、稳压二
22、极管三、稳压二极管三、稳压二极管. .由图可以看出击穿特性越陡，稳压性能越好。引入描述稳压管稳压性能的参量：动态内阻动态内阻rz1、稳压管的伏安特性伏安特性2、主要参数(1) 稳定电压稳定电压Vz：稳压管正常工作时的稳定压值。 (2) 稳定电流稳定电流 Iz：使稳压管正常工作时的参考电流。(3) 动态电阻动态电阻 rz：稳压管正常工作时的电压变化量与 电流变化量之比，即 它是衡量稳压管稳压性能好坏的指标，rz越小稳压性能越好。(4) 最大稳定电流最大稳定电流Izmax和最小稳定电流最小稳定电流Izmin 即稳压管的最大和最小工作电流。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半
23、导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管三、稳压二极管三、稳压二极管三、稳压二极管三、稳压二极管. .四、二极管电路第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二极管四、二极管电路四、二极管电路四、二极管电路四、二极管电路1、限幅电路限幅电路 理想二极管理想二极管 二极管限幅电路二极管限幅电路理想开关理想开关第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.3 1.3 1.3 1.3 二极管二极管二极管二
24、极管四、二极管电路四、二极管电路四、二极管电路四、二极管电路2、稳压电路稳压电路稳压原理稳压原理 负载负载RL不变，不变，VI 变化变化VI不变，负载不变，负载RL变化变化1.4 双极型晶极管一、晶体管的结构二、晶体管的放大作用三、晶体管的共射组态特性曲线四、晶体管的主要参数第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管一、晶体管的结构 双极型晶体管双极型晶体管简称三极管或晶体管。从结构上看,晶体管相当于两个二极管背靠背地串联在一起，如图所示。 根据PN结的结合方式不同
25、，可分为PNP和NPN两种类型；根据材料的不同，又有硅管硅管和锗管锗管之分。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构 无论是PNP型还是NPN型三极管，均可分为三个区
26、，即发发射区射区、基区基区和集电区集电区。从这三个区分别引出三个电极，即发射发射极极 (emitter) e、基基极极(base) b、集集电电极极(collector) c。发射区和集电区都是同类型的半导体(N型或P型)。发射区的掺杂浓度要比集电区大，以便发射更多的载流子；集电区的面积比发射区大，以便收集载流子。基区做的很薄 ( 约几微米几十微米 )，且掺杂浓度低，这样形成两个靠的很近的PN结。基区和发射区之间的PN结叫做发射结发射结，基区和集电区之间的PN结叫做集电集电结结。这种结构使基极基极起着控制控制多子流动多子流动的作用。 符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时发射极电流的方向。第一章
27、第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构一、晶体管的结构 PNP型和NPN型三极管的工作原理是相同的，现以NPN型三极管为例说明三极管的工作原理。晶体管具有放大作用放大作用和开关作用开关作用，模拟电路部分只讨论放大作用。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管一、晶体管的结构一、晶体管的结构一
28、、晶体管的结构一、晶体管的结构二、晶体管的放大作用放大作用第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用放大放大电路电路输输入入端端输输出出端端公共端公共端 利用晶体管的放大作用组成放大电路时，晶体管的三个电极中一个极作为输入端，一个极作为输出端，还有一个极作为输入和输出的公共端。根据接公共端电极的不同，晶体管有三种不同的连接方式：共基极共基极，共发共发射极射极和共集电极共集电极接法。 无论
29、那种接法，要使三极管具有放大作用，必须在各电极间加上极性适当的电压，使发射结发射结处于正向偏置处于正向偏置，集电结处于反向集电结处于反向偏置偏置。这是三极管实现放大作用三极管实现放大作用的外部条件的外部条件。 NPN管管 PNP管管1、晶体管内部载流子的运动规律运动规律第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用 (1) 发射区向基区发射电子发射区向基区发射电子 当发射结正向偏置时，发射区
30、有大量的电子向基区扩散，形成发射极电流IE ( 注：电流方向与电子扩散方向相反 )。同时，基区空穴也会扩散到发射区形成空穴电流，它也是IE的组成部分，只不过基区的空穴浓度太低，故空穴电流与电子电流相比，可忽略。 (2) 电子在基区中扩散与复电子在基区中扩散与复合合(3) 集电区收集电集电区收集电子子第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用 集电结反向偏置，使集电结内电场很强，因而它阻止
31、集电区电子向基区扩散，但有利于从发射区扩散到基区的大量电子穿过集电结，从而被集电极收集形成集电极电流 IC 。实际上IC还应包括集电结两边的少子漂移所形成的反向饱和电流 ICBO，但常因其数值很小，可忽略，但其受温度影响显著。 在基区中，同时存在着扩散和复合两种过程，但扩散占优势，复合形成基极电流IB是很小的。 2、晶体管直流电流传输方程直流电流传输方程 (1) 共基极共基极直流电流传输方程 由发射区传输到集电区的电流ICN与IE之间保持一定的比例，比例系数称为共基共基极电流放大系数极电流放大系数hFB。 共基极直流电流传输方程共基极直流电流传输方程第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半
32、导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用则即：由图可得晶体管三个电极的电流关系晶体管三个电极的电流关系第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用(2) 共发射极共发射极直流电流传输方程 虽然共发射极放大电路和共基极放大电路
33、的放大性能各不相同，但管内载流子的运动规律相同，因此，可从前面讨论得到的晶体管三个电极的电流基本关系,导出共射电路的直流电流传输方程。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用表示基极开路表示基极开路(IB = 0)时，集电时，集电极到发射极的直通电流，称为极到发射极的直通电流，称为穿透电流穿透电流。 如果取电流变化量，则有 IC = hfeIB，其中hfe叫交流电流放大系数流电流放大系
34、数。这表明基极电流一个小的变化IB，可以引起集电极电流一个大的变化IC。这就是晶体三极管的电流放大作用电流放大作用。需要说明的是，hFE与hfe的含义是不同的，但对大多数三极管，hFE与hfe的数值相差不大，故在计算时，不严格区分。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用ICICEO(3) 共集电极共集电极直流电流传输方程 共集电极电路中，输入电流为IB，输出电流为IE。故共集电极直流
35、电流传输方程为：第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用二、晶体管的放大作用晶体管三个电极的直流电流关系晶体管三个电极的直流电流关系第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数 晶体管外部各极电流和电
36、压的关系晶体管外部各极电流和电压的关系曲线曲线，称为晶体管的特性曲线特性曲线，特性曲线全面反映了晶体管性能，是分析放大电路的重要依据。对于晶体管不同的连接方式，有不同的特性曲线，下面讨论的是最常用的共发射极接法的输入特性和输出特性。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线共射组态特性曲线测量共射极特性曲线的电路第一章第一章第
37、一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线1、输入特性曲线输入特性曲线 指集射电压VCE
38、一定时,基极电流IB与基射极电压VBE之间的函数关系曲线。 对硅管而言VCE1V时，反向偏置的集电结的内电场已足够强，且基区很薄，可以把发射区扩散到基区的电子绝大部分拉入集电区，此时再增大VCE，只要VBE不变(从发射区扩散到基区的电子数就一定)，IB也就不在明显减小，这就是VCE1V后的输入特性曲线基本上是重合的原因。 与二极管(正向特性)一样，晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线亦为一指数曲线亦为一指数曲线，也有一开启电压，硅硅管约0.5V；锗锗管0.2V)。正常工作时，VBE很小，硅硅管约0.7V(锗锗管的约0.3V)左右。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性
39、半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线1、输入特性曲线输入特性曲线 指基极电流IB为常数时，集电极电流IC与集射极电压VCE之间的函数关系曲线，即 在 IB 取不同值时，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性是一个曲线簇，如图所示。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体
40、管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线2、输出特性曲线输出特性曲线第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线2、输出特性曲线输出特性曲线 当当VCE从 0V升高到1V左右，IC 随VCE升高而很快增加。这是因为VCE很小时，加在集电结的反向电压很小，不能把发射区注入基区的电子大部分拉过去；随
41、着VCE的增大，拉过去的电子急剧增多,IC 迅速增大。 当当VCE1V以后，曲线平坦，IC几乎不受的VCE的影响。这是因为VCE增大到一定数值后，已有足够能力将发射区注入基区的电子几乎全部拉过去，VCE再增大，IC几乎不变。此时IC主要由IB决定，与VCE无关，这段特性称为恒流特性恒流特性。若若VCE继续增加大于某一值时，IC将急剧增大，产生击穿击穿现象。从从输出特性曲线还可看出，IB = 0 (相当于基极开路)时，IC = ICEO 0。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶
42、极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线2、输出特性曲线输出特性曲线放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区 通常把晶体管输出特性曲线分为三个三个工作区工作区。 截止区截止区：即图中为IB=0特性曲线下的阴影部分(IB0的的区域)。该区特点特点：e结和结和c结均处于反向偏置结均处于反向偏置，晶体管失去了放大能力; 处于截止状态, IC = ICEO0;c极和e极间等效阻抗很大，相当于断开的开关相当于断开的开关。 放大区放大区：放大区内各条特性曲线比较平坦，近似为水平的直线，表示 IB一定时，IC基本不随VCE而
43、变化。该区特点特点：e结正向结正向偏置偏置, c结反向偏置结反向偏置, IC随IB变化。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线三、晶体管的共射组态特性曲线2、输出特性曲线输出特性曲线放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区 饱和区饱和区：图中虚线左边的阴影部分，由各条输出特性曲线的上升部分构成。此区域内不同IB值的各条特性曲线基本重叠在一起，表明在VCE较小时,管子的集电极电流IC基
44、本不随基极电流IB而变化，称为饱和饱和。一般认为当VCE = VBE，即VCB= 0时，三极管达到临界饱和状态，当VCEVBE时称为过饱和过饱和。三极管饱和时的管压降记为VCES该区特点特点: e结和结和c 结均处于正向偏置结均处于正向偏置，晶体管失去放大能力；此时三极管的饱和管压降VCES很小(一般小功率硅管的VCES0.4V)；c极和e极间相当于接通的开关相当于接通的开关。四、晶体管的主要参数低频时hfe值不变，记为hfeo，高频时hfe随 f的升高而减小；图中 共射极截止频率共射极截止频率； fT：特征频率特征频率。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特
45、性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数1、 电流放大系数电流放大系数共射直流电共射直流电流放大系数流放大系数共射交流电共射交流电流放大系数流放大系数 ICBO为e极开路，集电结反向偏置时，基极回路中的集电极反向饱和电流。ICEO为集射反向穿透电流。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.4 1.4 1.4 1.4 双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管双极型晶极管四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参
46、数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数2、极间反向电流极间反向电流ICBO和和ICEOICEO = (1+ hfe)ICBO3、极限参数极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 集电极最大功耗集电极最大功耗 PCM = ICMVCE 集基极反向击穿电压集基极反向击穿电压V(BR)CBO 集射极反向击穿电压集射极反向击穿电压V(BR)CEO 射基极反向击穿电压射基极反向击穿电压V(BR)EBO1.5 场效应管一、绝缘栅型场效应管二、N沟道增强型MOS场效应管三、N沟道耗尽型MOS场效应管四、场效应管的主要参数 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的
47、特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管一、绝缘栅型场效应管 前面介绍的晶体管又称双极型双极型三极管三极管，这是因为这类三极管参与导电的有两种极性的载流子：多子和少子。现在要讨论另一种类型的三极管，它们依靠一种极性的载流子(多子)参与导电，所以称为单极型单极型三极管三极管。又因这类管子是利用电场效应来控制电流的，因此又称场效应管场效应管。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效
48、应管一、绝缘栅型场效应管 场效应管其外观与普通晶体管相似，但它们的控制特性控制特性却截然不同，普通晶体管晶体管是电流控制电流控制元件，即通过基极电流来控制集电极电流，晶体管要求信号源必须提供一定的电流才能工作，因此它的输入电阻较低输入电阻较低，仅102104。场效应管场效应管是电压控制电压控制元件，它的输出电流取决于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻很高输入电阻很高，高达1091014 。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管一、绝缘栅型场效应管一、
49、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管 场效应管按其结构的不同分为两大类：结型场结型场效应管效应管，绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管。本节只讨论绝缘栅型场效应管的结构、工作原理和特性曲线。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管一、绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管由金属(metal)、氧化物(oxide)和半导体(semiconductor)制成，所以又称为金属金属氧氧化物化物半
50、导体场效应管半导体场效应管，简称MOS场效应管场效应管。由于这类场效应管的栅极被绝缘层(如SiO2)隔离，因此其输入电阻很高，达109以上。以导电沟道导电沟道来分，MOS管有N沟道沟道和P沟道沟道两种类型。无论N沟道或P沟道，又都可以分为增强型增强型和耗尽型耗尽型两种。这里首先介绍 N沟道增强型MOS管的结构、工作原理和特性曲线。 二、N沟道沟道增强型增强型MOS场效应管第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型
51、MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管1、结构结构 N沟道增强型MOS场效应管的结构如图所示用一块掺杂浓度较低的P型半导体作为衬底，在其表面上覆盖一层SiO2的绝缘层，再在SiO2绝缘层上刻出两个窗口，通过扩散形成两个高掺杂的N区(用N表示)，分别引出源极源极S和漏极漏极D，然后在源极和漏极之间的SiO2上面引出栅极栅极G，栅极与其他电极之间是绝缘的。衬衬底底也引出一根线，用B表示，通常情况下将它与源极在管子内部连接在一起。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应
52、管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管二、N沟道沟道增强型增强型MOS场效应管2、工作原理工作原理从图可知，N型源区与N型漏区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结，当栅源电压VGS = 0时，不管漏极和源极之间所加的电压极性如何，总是不能导电。 如果在栅极和源极之间加正向电压VGS (0)，此时栅极的金属极板(铝)与P型衬底之间构成一个平行板电容，中间为SiO2绝缘层作为介质。由于栅极的电压为正，它所产生的电场对P型衬底中的多子(空穴)起排斥作用，对少子(电子)有吸引作用。即P型衬底中的
53、少子(电子)在电场作用下吸引到靠近SiO2的一侧，与空穴复合，形成由负离子组成的耗尽层。耗尽层的宽度随VGS的增大而变宽。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 当VGS增大到一定值时，由于吸引了足够多的电子，便在SiO2绝缘层与耗尽层之间形成了由电子作为多数载流子的表面电荷层，如图所示。因为是在P型半导体中感应产生出N型电荷层，所以称之为反型反型层层
54、。于是，在漏极和源极之间有了N型的导电沟道(与P型衬底间被耗尽层隔开)。开始形成反型层所需的VGS称为开启电压开启电压，用VGS(th)表示。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 由于在漏极和源极之间形成了N型的导电沟道。此时加上 VDS，就会产生漏极电流ID。当VGS VGS(th)后，随着VGS的升高，感应电荷增多，导电沟道变宽，沟道电阻减小，在V
55、DS不变的条件下，ID随之增加。这表明VGS对漏极电流ID有控制作用。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 假设VGS为一个大于VGS(th)的固定值，并在漏极和源极之间加上正电压VDS，且VDSVGS(th)。此时由于漏源之间存在导电沟道，所以将有一个电流 ID。但因 ID流过导电沟道时产生电压降落电压降落，使沟道上各点电位不同。沟道上靠近漏极处电位
56、最高，故该处栅漏之间的电位差VGD = VGSVDS最小，因而感应电荷产生的导电沟道最窄；而沟道上靠近源极处电位最低，栅源之间的电位差VGS最大，所以导电沟道最宽，结果，导电沟道呈现一个楔形导电沟道呈现一个楔形，如图所示。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 当VDS增大时，ID将随之增大。与此同时，导电沟道宽度的不均匀性也愈益加剧。当VDS增大到V
57、DS =VGSVGS(th) ，即VGD = VGSVDS = VGS(th)时，靠近漏极处的沟道达到临界开启的程度，出现了预夹预夹断断的情况，如图所示。如果继续增大VDS，则沟道的夹断区逐渐延长，见图，在此过程中，由于夹断区的沟道电阻较大，所以当VDS逐渐增大时，增加的VDS几乎都降落在夹断区上，而导电沟道两端的电压几乎没有增大，即基本保持不变，漏极电流漏极电流ID因此也基本不变因此也基本不变。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟
58、道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管二、N沟道沟道增强型增强型MOS场效应管3、特性曲线特性曲线 通常用以下两种特性曲线来描述场效应管的电流和电压之间的关系：转移特性转移特性和漏极特性漏极特性。测试场效应管特性曲线的电路如图所示。 当场效应管的漏源之间的电压VDS保持不
59、变时，漏极电流 ID与栅源电压VGS的关系称为转移转移特性特性。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管转移特性转移特性 转移特性转移特性(当VGS VGS(th)时 )IDO为当VGS = 2VGS(th)时的ID值转移特性描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用 漏极特性漏极特性 N沟道增强型MOS场效应管
60、的漏极特性曲线与晶体管的共射极输出特性曲线很相似。但二者之间有一个重要区别，即场效应管的漏极特性以栅源电压VGS为参变量，而晶体管输出曲线的参变量是基极电流IB。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 漏极特性表示当栅源电压VGS不变时,漏极电流ID与漏源电压VDS的关系，即N沟道增强型沟道增强型MOS管管漏极特性曲线漏极特性曲线 N沟道增强型MOS场
61、效应管的漏极特性曲线可以划分为三个区三个区：可变电阻区可变电阻区、恒流区恒流区和击穿区击穿区。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管N沟道增强型沟道增强型MOS管漏极特性曲线管漏极特性曲线 漏极特性中最左侧的部分，表示当VDS比较小时，ID随着VDS的增加而直线上升两者之间基本上是线性关系基本上是线性关系，此时场效应管似乎是一个线性电阻。不过，当VGS
62、不同时直线的斜率不同，相当于电阻的阻值不同；VGS越大，则相应的电阻值越小。因该区场效应管的特性呈现为一个由VGS控制的可变电阻，所以称为可变电阻区可变电阻区。 漏极特性漏极特性 N沟道增强型MOS场效应管的漏极特性曲线可以划分为三个区三个区：可变电阻区可变电阻区、恒流区恒流区和击穿区击穿区。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管N沟道增强型沟道增强型
63、MOS管漏极特性曲线管漏极特性曲线 漏极特性漏极特性 在漏极特性的中间部分，即图中左右两条虚线之间的区域，ID基本上不随VDS而变化，ID的值主要决定于VGS。此区域各条漏极特性曲线近似为水平的直线，故称为恒流区恒流区。 漏极特性中最右侧的部分，表示当VDS升高到一定程度时，反向偏置的PN结被击穿，将急剧增大，这个区域称为击穿区击穿区。 场效应管的上述两组特性曲线之间是有联系的，可以根据漏极特性漏极特性，利用作图的方法得到相应的转移特性转移特性。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管
64、场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 P沟道增强型MOS场效应管的结构与N沟道增强型MOS场效应管类似，如图所示。工作原理相似，只是调换电源极性，电流方向也相反。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管二、二、二、二、N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管三 、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管 根据前面的介
65、绍可知，对于N沟道增强型MOS场效应管，只有当VGS VGS(th)时，漏极和源极之间才存在导电沟道。而耗尽型MOS场效应管则不同，在制造过程中由于预先在SiO2的绝缘层中掺入了大量的正离子，因此，即使VGS=0，这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的负电荷，形成反型层，从而产生N型导电沟道。第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管三三三三 、N N N N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管 如果使VGS
66、 0时，ID增大；当VGS 0时，ID减小。 P沟道耗尽型MOS场效应管的工作原理与N沟道型类似，不再介绍。同学们可自己类推。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管三三三三 、N N N N沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOSMOSMOS场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主要参数第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主
67、要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数 开启电压开启电压 VGS(th) VGS(th)是增强型MOS管的一个重要参数。其定义是当VDS一定时，使漏极电流达到某一数值(如10A)时所需的VGS值。 夹断电压夹断电压 VGS(off) VGS(off)是耗尽型MOS管的一个重要参数。其定义是当VDS一定时，使漏极电流减小某一微小电流(如50A)时所需的VGS值。1、直流参数直流参数 饱和漏极电流饱和漏极电流 ID(sat) 这是耗尽型场效应管的一个重要参数。它的定义是当栅源电压VGS = 0，而漏源电压VDS大于夹断电压VGS(off)时对应的漏极电流。 直流输
68、入电阻直流输入电阻 RGS （IG0） 指在漏-源短路的情况下，栅源直流电压VGS与产生的栅极直流电流之比。由于场效应管的栅极几乎不取电流，因此其输入电阻很高，MOS管的输入电阻一般大于109。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数 (低频)跨导跨导 gm 用于描述栅源电压vGS对漏极电流iD的控制作用。它的定义是当vDS一定时，iD与vGS的变化量之比，即：若iD的单位是mA，vGS的单
69、位V，则gm的单位是mS。 极间电容极间电容 这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS、CGD和CDS。极间电容越小，则管子的高频性能越好。一般为几个皮法(pF)。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数2、交流参数交流参数 漏源击穿电压漏源击穿电压 V(BR)DS 当VGS一定时，使漏极电流突然激增(雪崩击穿)时的VDS值。 栅源击穿电压栅源击穿电压 V(BR)GS 就是使二氧化硅绝
70、缘层击穿的栅源电压。这种击穿不同于一般的PN结击穿，而与电容器击穿类似，属于破坏性击穿。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数3、极限参数极限参数* * 最后指出，对于MOS管，由于它的输入电阻很高，使得栅极上感应的电荷很难泄掉。栅极和衬底间的电容量很小，电荷累积造成电压升高，使栅极氧化层易被击穿(栅穿)，导致管子损坏。为了避免这种损坏，在保存时，必须将三个电极短接；在焊接时，应使电烙铁有
71、良好的接地；在电路中，栅源间应有直流通路。 第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性 1.5 1.5 1.5 1.5 场效应管场效应管场效应管场效应管四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数四版P5052 1.2(1) (2) 1.5 1.6 1.9 1.12 (1) (2)思考题：思考题：四版P5053 1.1 1.3 1.4 1.11 1.12 (3) 1.16习习 题：题：第一章第一章第一章第一章 半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性半导体器件的特性五版P3739 1.2(1) (2) 1.5 1.6 1.9 1.12 (1) (2)五版P3739 1.1 1.3 1.4 1.11 1.12 (3) 1.16
