,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 半导体器件,软件学院,侯刚,1,第一章 半导体器件软件学院1,主要内容,1.1 半导体基础知识,1.2 二极管,1.3 稳压二极管,1.4 其它类型二极管,1.5 半导体三极管,1.6 场效应管,2,主要内容1.1 半导体基础知识2,1.1 半导体基础知识,导体,：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。,绝缘体,：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体,：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,3,1.1 半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体,1.1,半导体基础知识,半导体的导电机理不同于其它物质，所,以它具有不同于其它物质的特点。,半导体的特点：,热敏性,光敏性,掺杂性,4,1.1 半导体基础知识 半导体的导电机理不同于其,1.1.1 本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体材料称为,本征半导体,。,本征半导体的原子结构及共价键。,共价键内的两个电子,由相邻的原子各用一,个价电子组成，称为,束缚电子。,5,1.1.1 本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本,1.1.1 本征半导体,本征激发和两种载流子,自由电子和空穴,温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束,缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个,空位，称此空位为,空穴,。本征半导体中，自由电子和空穴成,对出现，数目相同。,6,1.1.1 本征半导体本征激发和两种载流子自由电子和空穴,1.1.1 本征半导体,空穴出现以后，邻近的束缚电子可能获取足够的能量来,填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空,位，另一个束缚电子又会填补这个新的空位，这样就形成束,缚电子填补空穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此束,缚电子填补空穴的运动为空穴运动。,7,1.1.1 本征半导体 空穴出现以后，邻近的束缚,1.1.1 本征半导体,结 论,(1) 半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，,另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。,(2) 本征半导体中，自由电子和空穴结伴产生，数目相同。,(3) 一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相,对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。,(4) 温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电,能力增强。,空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主,要特征。,8,1.1.1 本征半导体结 论8,1.1.2 杂质半导体,在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性,能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导,体分为两类：电子型（,N,型）半导体和空穴型（,P,型）半导体。,N,型半导体：,自由电子浓度大大增加的杂质半导,体，也称为电子半导体。,P,型半导体：,空穴浓度大大增加的杂质半导体，也,称为空穴半导体。,9,1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中加入微量杂,1.1.2 杂质半导体,1、,N,型半导体,在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如,磷（,P,）、砷（,As,）等，则构成,N,型半导体。,五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组,成的半导体晶体中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原,子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，因为多一个,价电子不受共价键的束缚，很容易成为自由电子，于是半导,体中自由电子的数目大量增加。自由电子参与导电移动后，,在原来的位置留下一个不能移动的正离子。每个五价原子给,出一个电子，称为,施主原子,。,10,1.1.2 杂质半导体1、 N型半导体10,1.1.2 杂质半导体,N型半导体的共价键结构,N型半导体中的载流子：,(1) 由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。,(2) 本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为,多数载流子(多子,),，空穴称为,少数载流子(少子),。,11,1.1.2 杂质半导体N型半导体的共价键结构N型半导体中的载,1.1.2 杂质半导体,2、P型半导体,在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，,如硼（,B,）、铟（,In,）等，则构成,P,型半导体。,三价的元素只有三个价电子，在与相邻的硅（或锗）原,子组成共价键时，由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一,个空位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量，有可能填补,这个空位，使原子成为一个不能移动的负离子。,由于三价原,子接受电子，所以称为,受主原子,。,12,1.1.2 杂质半导体2、P型半导体12,1.1.2 杂质半导体,P型半导体中的共价键结构,P,型半导体中空穴是多子，电子是少子。,13,1.1.2 杂质半导体P型半导体中的共价键结构P 型半导体中,1.1.2 杂质半导体,杂质半导体的示意表示,P,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,杂质,型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。,14,1.1.2 杂质半导体杂质半导体的示意表示,1.1.3 PN结及其单向导电性,利用半导体的制作工艺，在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。,PN结具有单一型半导体所不具有的新特性，利用这种新特性可以制造出各种半导体器件。如二极管、三极管和场效应管等。,15,1.1.3 PN结及其单向导电性利用半导体的制作工艺，在同一,1.1.3 PN结及其单向导电性,1、PN结的形成,多数载流子因浓度上的差异而形成的运,动称为,扩散运动。,16,1.1.3 PN结及其单向导电性1、PN结的形成16,1.1.3 PN结及其单向导电性,扩散运动的结果，在交界面P区一侧因失去了空穴而出现负离子区；而N区一侧因失去自由电子出现了正离子区。,正负离子都被束缚在晶格内不能移动，于是在交界面两侧形成了正、负空间电荷区。在空间电荷区内可以认为载流子已被“耗尽”，故又称耗尽区或耗尽层。,17,1.1.3 PN结及其单向导电性扩散运动的结果，在交界面P区,1.1.3 PN结及其单向导电性,空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将,产生一个从,N,区指向,P,区的内电场。内电场的方向，,会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内,电场则可推动少数载流子（,P,区的自由电子和,N,区的,空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在,内电场作用下有规则的运动称为,漂移运动,。,漂移运,动和扩散运动的方向相反。,无外加电场时，通过,PN,结的扩散电流等于漂移电流，,PN,结中无电流流过，,PN,结的宽度保持一定而处于稳定状态。,18,1.1.3 PN结及其单向导电性 空间电荷区出现,1.1.3 PN结及其单向导电性,2、PN结的单向导电性,处于平衡状态下的PN结没有实用价值。,如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN,结会呈现出不同的导电性能。,当PN结在一定的电压范围内外加正向电,压时，,处于低电阻的导通状态,。当外加反向,电压时，,处于高电阻的截止状态,，这种导电,特性，就是,PN结单向导电性,。,19,1.1.3 PN结及其单向导电性2、PN结的单向导电性19,1.1.3 PN结及其单向导电性,(1),PN,结外加正向电压：,PN,结,P,端接高电,位，,N,端接低电位，称,PN,结外加正向电压，,又称,PN,结正向偏置，简称为正偏。,20,1.1.3 PN结及其单向导电性(1) PN结外加正向电压：,1.1.3 PN结及其单向导电性,(2),PN,结外加反向电压：,PN,结,P,端接低电,位，,N,端接高电位，称,PN,结外加反向电压，,又称,PN,结反向偏置，简称为反偏。,21,1.1.3 PN结及其单向导电性(2) PN结外加反向电压：,1.2 二极管,1.2.1 二极管的结构及符号,半导体二极管是由一个PN结加上相应的电极和引线及管壳封装而成的。,由P区引出的电极称为阳极（正极），N区引出的为阴极（负极）。,因为PN结的单向导电性，二极管导通时的电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。,电流方向,22,1.2 二极管1.2.1 二极管的结构及符号电流方向22,1.2.1 二极管的结构及符号,二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。,按结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管等。,23,1.2.1 二极管的结构及符号二极管按半导体材料的不同可以分,1.2.1 二极管的结构及符号,常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种,封装形式。按照应用的不同，二极管分为整,流、检波、开关、稳压、发光、光电、快恢,复和变容二极管等。根据使用的不同，二极,管的外形各异。,24,1.2.1 二极管的结构及符号 常见的二极管有金,1.2.2 伏安特性及主要参数,1、二极管的伏安特性曲线,二极管两端的电压,U,及其流过二极管的电流,I,之间的关,系曲线，称为二极管的伏安特性曲线。用实验的方法，在二,极管的正极和负极加上不同极性和不同数值的电压，同时测,量流过二极管的电流值，就得到二极管的伏安特性。,25,1.2.2 伏安特性及主要参数1、二极管的伏安特性曲线25,1.2.2 伏安特性及主要参数,伏安特性曲线,26,1.2.2 伏安特性及主要参数伏安特性曲线26,1.2.2 伏安特性及主要参数,(1) 正向特性,二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称,为二极管的正向特性。当二极管所加正向电压比较,小时（0,U,U,T,时：,当外加反向电压|,U,|,U,T,时,I,= ,I,s,32,1.2.2 伏安特性及主要参数3、二极管的电流方程式中 I,1.2.2 伏安特性及主要参数,4、主要参数,（1）最大整流电流,I,F,最大整流电流,I,F,是指二极管长期连续工作时，,允许通过二极管的最大正向电流的平均值。,（2）反向击穿电压,U,BR,反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。,（3）反向饱和电流,I,S,它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈,小，说明二极管的单向导电性愈好。,33,1.2.2 伏安特性及主要参数4、主要参数33,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用,（1）二极管理想模型,如果二极管正向压降远小于和它串联的,电路的电压，反向电流远小于和它并联的电,路的电流，则可忽略二极管的正向压降和反,向电流对电路的影响，即认为二极管具有理,想的伏安特性。理想的二极管可以用一个理,想的开关来等效，正偏时开关闭合，反偏时,开关断开。,34,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用（1）二极管理想模型3,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用,（2）二极管恒压源模型,若二极管的工作电流处于伏安特性曲线的近似指数部,分，即使电流变化，二极管的端电压也基本不变。因此可用,一条与实际伏安特性曲线基本重合的垂直曲线来代替原特性,曲线。相应的电路模型叫,恒压源模型,。电路模型中U,D(on),是,二极管的恒定导通电压，对硅管可取0.7V，对锗管可取,0.3V。利用二极管的恒压源模型时，只有当二极管两端正向,电压大于U,D(on),时，二极管才有电流流过，小于U,D(on),时，二,极管截止。这个模型与二极管的伏安特性较为接近。,35,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用（2）二极管恒压源模型,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用,例1-1,36,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用例1-136,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用,例1-2,37,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用例1-237,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用,38,1.2.3 二极管电路的分析方法及应用38,1.3 稳压二极管,稳压管是利用半导体特殊工艺制成，实质上也是一个半导体二极管，外形也相似，因为具有稳定电压的作用，称它为,稳压管,。,在电子电路中，,稳压管工作于反向击穿状态,。击穿电压从几伏到几十伏，反向电流也较一般二极管大。,在反向击穿状态下正常工作而不损坏，是稳压管的特点,。,39,1.3 稳压二极管稳压管是利用半导体特殊工艺制成，实质上也是,1.3 稳压二极管,1、,稳压管的伏安特性和符号,40,1.3 稳压二极管1、稳压管的伏安特性和符号40,1.3 稳压二极管,2、,稳压管的主要参数,稳定电压,U,Z,：它是指当稳压管中的电流为规定值时，稳压管在电路中其两端产生的稳定电压值。, 稳定电流,I,Z,：,它是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，有最小稳定电流,I,Zmin,和最大稳定电流,I,Zmax,之分。, 动态电阻,r,Z,：指稳压管在正常的工作范围内，管子两端电压,U,Z,的变化量和管中电流,I,Z,的变化量之比，稳压管反向特性曲线越陡，,r,Z,越小稳压性能越好。,r,Z,=,U,Z,/ ,I,Z,41,1.3 稳压二极管2、稳压管的主要参数41,1.3 稳压二极管,3、稳压管的典型稳压电路,42,1.3 稳压二极管3、稳压管的典型稳压电路42,1.3 稳压二极管,4、例题：,负载电阻,u,o,i,Z,D,Z,R,i,L,i,u,i,R,L,稳压管的技术参数:,解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为,I,z,max,。,求：,电阻,R,和输入电压,u,i,的正常值。,方程1,要求当输入电压由正常值发生,20%波动时，负载电压基本不变。,43,1.3 稳压二极管4、例题：负载电阻uoiZDZRiLiui,1.3 稳压二极管,令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为,I,z,min,。,方程2,u,o,i,Z,D,Z,R,i,L,i,u,i,R,L,联立方程1、2，可解得：,44,1.3 稳压二极管令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为I,1.4 其它类型二极管,1、,发光二极管,发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是,LED,。此类管子通常由镓（,Ga,）、砷（,As,）、磷（,P,）等元素的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时，能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主要取决于制作管子的材料。,发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一个重要用途是将电信号转为光信号。,45,1.4 其它类型二极管1、发光二极管45,1.4 其它类型二极管,46,1.4 其它类型二极管46,1.4 其它类型二极管,2、,光电二极管,光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受器件，其,PN,结工作在反偏状态，可以将光能转换为电能，实现光电转换。,47,1.4 其它类型二极管2、光电二极管47,1.4 其它类型二极管,3、,激光二极管,激光二极管是在发光二极管的,PN,结间安置一层具有光活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压，可发射出激光。,激光二极管的应用非常广泛，在计算机的光盘驱动器，激光打印机中的打印头，激光唱机，激光影碟机中都有激光二极管。,48,1.4 其它类型二极管3、激光二极管48,1.5 半导体三极管,半导体三极管又称晶体三极管（下称三,极管），一般简称晶体管，或双极型晶体,管。它是通过一定的制作工艺，将两个,PN,结,结合在一起的器件，两个,PN,结相互作用，使,三极管成为一个具有控制电流作用的半导体,器件。,49,1.5 半导体三极管 半导体三极管又称晶体三极管,1.5.1 基本结构和类型,三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由锗材料制成，称为锗三极管。,三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。,50,1.5.1 基本结构和类型三极管可以是由半导体硅材料制成，称,1.5.1 基本结构和类型,三极管从结构上来讲分为两类：,NPN,型三极管和,PNP,型三极管。,51,1.5.1 基本结构和类型三极管从结构上来讲分为两类：NPN,1.5.1 基本结构和类型,符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。,三极管制作时，通常它们的基区做得很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓度低；发射区的杂质浓度则比较高；集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。,52,1.5.1 基本结构和类型符号中发射极上的箭头方向，表示发射,1.5.2 电流分配与放大,要实现三极管的电流放大作用，首先要给三极管各电,极加上正确的电压。三极管实现放大的外部条件是：其发射,结必须加正向电压（正偏），而集电结必须加反向电压（反,偏）。,1、实验,在电路中，要给三极管的发射结加正向电压，集电结加,反向电压，保证三极管能起到放大作用。改变可变电阻,R,b,的,值，则基极电流,I,B,、集电极电流,I,C,和发射极电流,I,E,都发生变,化，电流的方向如图中所示。,53,1.5.2 电流分配与放大 要实现三极管的电流放,1.5.2 电流分配与放大,实验电路图,54,1.5.2 电流分配与放大实验电路图54,1.5.2 电流分配与放大,由实验及测量结果可以得出以下结论：,（1）实验数据中的每一列数据均满足关系：,I,E,=,I,C,+,I,B,；,（2）,I,E,I,C,I,B,，而且有,I,C,与,I,B,的比值近似相等，设为,，则,为电流放大系数；,（3）,I,B,的的微小变化会引起,I,C,较大的变化；,55,1.5.2 电流分配与放大由实验及测量结果可以得出以下结论：,1.5.2 电流分配与放大,2、,三极管实现电流分配的原理,上述实验结论可以用载流,子在三极管内部的运动规律来,解释。,（1）发射区向基区发射自由电子，形成发射极电流,I,E,。,（2）自由电子在基区与空穴复合，形成基极电流,I,B,。,（3）集电区收集从发射区扩散过来的自由电子，形成集电极电流,I,C,。,56,1.5.2 电流分配与放大2、三极管实现电流分配的原理56,1.5.2 电流分配与放大,结论：,（1）要使三极管具有放大作用，发射结必须正向偏置，而集电结必须反向偏置。,（2）一般有,1；,（3）三极管的电流分配及放大关系式为：,I,E,=,I,C,+,I,B,I,C,=,I,B,57,1.5.2 电流分配与放大结论：57,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,1.三极管的特性曲线,三极管的特性曲线是指三极管的各电极,电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极,管的特性。它可以用专用的图示仪进行显,示，也可通过实验测量得到。以,NPN,型硅三,极管为例，其常用的特性曲线有以下两种。,58,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数1.三极管的特性曲线5,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,(1) 输入特性曲线：,它是指一定集电极和发射极电压,U,CE,下，三极管的基极电流,I,B,与发射结电压,U,BE,之间的关系曲线。,59,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数(1) 输入特性曲线：,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,(2) 输出特性曲线：,它是指一定基极电流,I,B,下，三极管的集电极电流,I,C,与电压,U,CE,之间的关系曲线。,60,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数(2) 输出特性曲线：,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,一般把三极管的输出特性分为3个工作区域，,下面分别介绍。, 截止区,三极管工作在截止状态时，具有以下几个特点：,（,a,）发射结和集电结均反向偏置；,（,b,）U,C,U,E,U,B,，有,I,B,、,I,C,近似为0；,（,c,）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。,61,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数 一般把三,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数, 放大区：,输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具有以下特点：,（,a,）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；对,NPN,型的三极管，有电位关系：,U,C,U,B,U,E,；,（,b,）基极电流,I,B,微小的变化会引起集电极电流,I,C,较大的变化，有电流关系式：,I,C,=,I,B,；,62,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数 放大区：输出特性曲,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数, 饱和区,三极管工作在饱和状态时具有如下特点：,（,a,）三极管的发射结和集电结均正向偏置，有电位关系U,B,U,C,U,E,（,b,）三极管的电流放大能力下降，通常有,I,C,I,B,；,（,c,）,U,CE,的值很小，称此时的电压,U,CE,为三极管的饱和压降，用,U,CES,表示。一般硅三极管的,U,CES,约为0.3,V,，锗三极管的,U,CES,约为0.1,V,；,（,d,）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。,三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状,态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。,63,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数 饱和区63,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,3、主要参数：,（1）共发射极电流放大系数,(交流放大系数),和,(直流放大系数),它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法（共发射,极）下的电流放大系数。,（2）极间反向电流, 集电极基极间的反向饱和电流,I,CBO, 集电极发射极间的穿透电流,I,CEO,(衡量管子质量的指标),64,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数3、主要参数：64,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,（3）极限参数, 集电极最大允许电流,I,CM, 集电极最大允许功率损耗,P,CM, 反向击穿电压,U,(BR)CEO,65,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数（3）极限参数65,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数,（4）温度对三极管参数的影响：, 对,的影响：,随温度的升高而增大。, 对反向饱和电流,I,CBO,的影响：,I,CBO,随温度上升会急剧增加。, 对发射结,U,BE,的影响：温度升高，,U,BE,将下降。,66,1.5.3 三极管的特性曲线及主要参数（4）温度对三极管参数,1.6 场效应管,场效应管是比较新型的半导体器件，利用电场效应来控制晶体管的电流，因而得名。,场效应管具有很高的输入电阻，几乎不取信号源的输出电流，因而功耗小，体积小，易于集成化。,场效应管被广泛应用于模拟集成电路和数字集成电路中。,67,1.6 场效应管场效应管是比较新型的半导体器件，利用电场效应,1.6 场效应管,场效应管按其结构可分为结(J)型和绝缘栅(MOS)型场效应管；,从工作性能可分为耗尽型和增强型两类；,根据所用基片(衬底)材料不同，又可分P沟道和N沟道两种导电沟道；,因此，有结型P沟道和N沟道，绝缘栅耗尽型P沟道和N沟道，及增强型P沟道和N沟道六种类型场效应管。,68,1.6 场效应管场效应管按其结构可分为结(J)型和绝缘栅(M,1.6.1 结型场效应管,结型场效应管分为,N,沟道结型管和,P,沟道结型管，它们都具有3个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。,69,1.6.1 结型场效应管结型场效应管分为N沟道结型管和P沟道,1.6.1 结型场效应管,1、,结型场效应管的结构与符号(以N沟道为例),漏极,源极,栅极,场效应管电路符号上的箭头总是P指向N的。,70,1.6.1 结型场效应管1、结型场效应管的结构与符号(以N沟,1.6.1 结型场效应管,2、,N,沟道结型场效应管的工作原理,（1）当栅源电压,U,GS,=0时，两个,PN,结的耗尽层比较窄，中间的,N,型导电沟道比较宽，沟道电阻小。,71,1.6.1 结型场效应管2、N沟道结型场效应管的工作原理71,1.6.1 结型场效应管,（2）当,U,GS,0时，两个,PN,结反向偏置，,PN,结的耗尽层变宽，中间的,N,型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大。,72,1.6.1 结型场效应管（2）当UGS0时，两个PN结反向,1.6.1 结型场效应管,U,GS,U,P,时的导电沟道,73,1.6.1 结型场效应管UGSUP时的导电沟道 73,1.6.1 结型场效应管,（3）当,U,P,0时，可产生漏极电流,I,D,。,I,D,的大小将随栅源电压,U,GS,的变化而变化，从而实现电,压对漏极电流的控制作用。,U,DS,的存在，使得漏极附近的电位高，而源极,附近的电位低，即沿,N,型导电沟道从漏极到源极形,成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的,PN,结所加,的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的,PN,结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形。,74,1.6.1 结型场效应管（3）当UP0,1.6.1 结型场效应管,U,GS,和,U,DS,共同作用的情况,75,1.6.1 结型场效应管UGS和UDS共同作用的情况 75,1.6.1 结型场效应管,为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用，结型场效应管在工作时，栅极和源极之间的,PN,结必须反向偏置。,76,1.6.1 结型场效应管为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控,1.6.1 结型场效应管,3.结型场效应管的特性曲线及主要参数,（1）输出特性曲线,输出特性曲线是指栅源电压,U,GS,一定时，漏极电流,I,D,与漏,源电压,U,DS,之间的关系曲线,77,1.6.1 结型场效应管3.结型场效应管的特性曲线及主要参数,1.6.1 结型场效应管, 可变电阻区：,在,U,DS,较小靠近特性曲线纵轴处，,I,D,几乎随着,U,DS,线性增加。随着,U,GS,的改变，,I,D,随,U,DS,线性增加的比值也相应改变，因此，此区可把场效应管的漏、源极之间看作受,U,GS,控制的可变电阻。, 恒流区(饱和区)：,此区的特点是,I,D,只受,U,GS,的控制而几乎与,U,DS,无关，具有恒流特点。因为,I,D,不随,U,DS,增大而增大，达到饱和状态，故又称饱和区。, 击穿区：,当,U,DS,增大到某一值时，栅、漏间PN结会发生反向击穿，,I,D,急剧增加，如不加限制会造成管子损坏。, 截止区：,当,U,GS,U,P,靠近特性曲线横轴处为夹断区，此时管子处于截止状态。,78,1.6.1 结型场效应管 可变电阻区：在UDS较小靠近特性,1.6.1 结型场效应管,（2）转移特性曲线,在场效应管的,U,DS,一定时，,I,D,与,U,GS,之间,的关系曲线称为场效,应管的转移特性曲,线，它反映了场效应,管栅源电压对漏极电,流的控制作用。,79,1.6.1 结型场效应管（2）转移特性曲线79,1.6.1 结型场效应管,当,U,GS,=0时，导电沟道电阻最小，,I,D,最大，称此电流为场效应管的饱和漏极电流,I,DSS,。,当,U,GS,=,U,P,时，导电沟道被完全夹断，沟道电阻最大，此时,I,D,=0，称,U,P,为夹断电压。,80,1.6.1 结型场效应管当UGS=0时，导电沟道电阻最小，I,1.6.2 绝缘栅型场效应管,绝缘栅场效应管是由金属（,Metal,）、氧化物（,Oxide,）和半导体（,Semiconductor,）材料构成的，因此又叫,MOS,管。,绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括,N,沟道和,P,沟道两种类型。,81,1.6.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅场效应管是由金属（Meta,1.6.2 绝缘栅型场效应管,1、,结构与符号,以,N,沟道增强型,MOS,管为例，它是以,P,型半导,体作为衬底，用半导体工艺技术制作两个高浓度的,N,型区，两个,N,型区分别引出一个金属电极，作为,MOS,管的源极,S,和漏极,D,；在,P,形衬底的表面生长一,层很薄的,SiO,2,绝缘层，绝缘层上引出一个金属电极,称为,MOS,管的栅极,G,。,B,为从衬底引出的金属电,极，一般工作时衬底与源极相连。,82,1.6.2 绝缘栅型场效应管1、结构与符号82,1.6.2 绝缘栅型场效应管,N,沟道增强型,MOS,管的结构与符号,符号中的箭头表示从,P,区（衬底）指向,N,区（,N,沟道），虚线表示增强型。,83,1.6.2 绝缘栅型场效应管N沟道增强型MOS管的结构与符号,1.6.2 绝缘栅型场效应管,2、,N,沟道增强型,MOS,管的工作原理,在栅极,G,和源极,S,之间加电压,U,GS,，漏极,D,和源极,S,之间加电压,U,DS,，衬底,B,与源极,S,相连。,形成导电沟道所需要的最小栅源电压,U,GS,，称为开启电压,U,T,。,84,1.6.2 绝缘栅型场效应管2、N沟道增强型MOS管的工作原,1.6.2 绝缘栅型场效应管,3、特性曲线, 输出特性（漏极特性）曲线,85,1.6.2 绝缘栅型场效应管3、特性曲线85,1.6.2 绝缘栅型场效应管, 转移特性曲线,86,1.6.2 绝缘栅型场效应管 转移特性曲线86,1.6.2 绝缘栅型场效应管,耗尽型绝缘栅场效应管,（1）结构、符号与工作原理,87,1.6.2 绝缘栅型场效应管耗尽型绝缘栅场效应管87,1.6.2 绝缘栅型场效应管,（2）特性曲线,耗尽型,MOS,管工作时，其栅源电压,U,GS,可以为0，也可以取正值或负值，这个特点使其在应用中具有更大的灵活性。,88,1.6.2 绝缘栅型场效应管（2）特性曲线耗尽型MOS管工作,1.6.2 绝缘栅型场效应管,与晶体管的比较,(1) 场效应管是电压控制器件，基本不取信号电流，在只允许向信号源索取极小电流的情况下，应采用场效应管；而三极管是电流控制器件，取用一定的信号电流。,(2) 场效应管为单极型器件，只有多子参与导电；三极管既有多子参与导电也有少子参与导电，因此为双极型器件。场效应管具有较好的温度稳定性，且输入电阻高，抗辐射、抗干扰能力强。,(3) 由于场效应管结构对称，源极和漏极可互换，且耗尽型的MOS管的控制电压,U,GS,可正、可负，具有一定灵活性。,(4) 场效应管还具有工艺简单、易集成和占用芯片面积小的优点，尤其适用于大规模的集成电路。,89,1.6.2 绝缘栅型场效应管与晶体管的比较89,作业,书后习题：,1.1、1.2、1.3、1.4、1.6、1.7、1.8、1.9,90,作业书后习题：90,