1、模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 第二讲 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 二极管具有单向导电性。二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合关闭合.加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开加反向电压时截止，呈现很大的
2、反向电阻，如同开关断开。关断开。从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于以二极管属于非线性器件非线性器件。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.3 双极型三极管双极型三极管(BJT)又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。(Bipolar Junction Transistor)三极管的外形：三极管的外形：小功率三极管的外形小功率三极管的外形模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
3、主讲教师 物理学教授 赵合运 中小功率三极管的外形中小功率三极管的外形大功率三极管的外形大功率三极管的外形模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 贴片三极管的外形贴片三极管的外形 三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 和和 PNP 型型。主要以主要以NPN 型为例进行讨论型为例进行讨论。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.3.1 三极管的结构三极管的结构 常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。两种类型。三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PN
4、P)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发射极发射极 b基极，基极，c 集集电极。电极。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 平面型平面型(NPN)三极管制作工艺三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN 在在 N 型硅片型硅片(集电集电区区)氧化膜上刻一个窗氧化膜上刻一个窗口将硼杂质进行扩散形口将硼杂质进行扩散形成成 P 型型(基区基区)，再在，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成质进行扩散形成N型的型的发射区。引出
5、三个电极发射区。引出三个电极即可。即可。合金型三极管制作工艺：合金型三极管制作工艺：在在 N 型锗片型锗片(基区基区)两边两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后型锗接触，冷却后形成两个形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 NPN 型型三三极极管管ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP三极管结构示意图三极管结构示意图模拟电子技术基础 第一章 半导
6、体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区N集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bNPPNPNP 型三极管型三极管cbe符号符号三极管结构示意图三极管结构示意图模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.3.2 三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动 和电流分配关系和电流分配关系以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看 三极管若三极管若实现放大，必实现放大，必须从须从三极管内三极管内部结构部结构和和外部外部所加电源的极所加电源的极性性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放
7、大作用模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：1.发射区高掺杂发射区高掺杂 2.基区做得很薄基区做得很薄。通常只。通常只有几微米到几十微米，而且有几微米到几十微米，而且掺掺杂较少杂较少。NNPebc 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置发射结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。N N NP P P哇赛！面积好大呀!模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三极管中载流子
8、运动过程三极管中载流子运动过程becI EIB 1.发射发射 发射区的发射区的电子越过发射结扩散到电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极形成发射极电流电流 IE(基区多子数目基区多子数目较少，空穴电流可忽较少，空穴电流可忽略略)。2.复合和扩散复合和扩散 电子电子到达基区，少数与空穴复到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 Ibn，复合复合掉的空穴由掉的空穴由VBB补充补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三极管中载
9、流子运动过程三极管中载流子运动过程 3.收集收集 集电极集电极反偏，有利于收集基反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而区扩散过来的电子而形成集电极电流形成集电极电流 Icn。其能量来自外接其能量来自外接电源电源VCC。becI EI BI C 另外，集电区和基另外，集电区和基区的少子在外电场的作区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而用下将进行漂移运动而ICBO形成形成反向饱和电流反向饱和电流，用用ICBO表示表示。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 beceICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=Icn+IBn 一般要求一般要求 Icn
10、 在在IE 中占的比例中占的比例尽量尽量大。而二者之比称大。而二者之比称共基极直流电流放共基极直流电流放大系数，大系数，即：即：ECnII 一般可达一般可达0.950.99三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三个极的电流之间满足节点电流定律，即：三个极的电流之间满足节点电流定律，即：IE=IC+IBCBOBCBOBCBOBCC)1(111)(IIIIIIII ECCCBOCBOECBOCnC ,IIIIIIIII可将忽略，则当(1)代入（代入（1）式，得）
11、式，得其中：其中：共射直流电共射直流电流放大系数。流放大系数。1IC=ICn+ICBOIE=Icn+IBnECnII 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 CBOBC)1(III 上式中的后一项常用上式中的后一项常用 ICEO 表示，表示，ICEO 称穿透电流称穿透电流CEOBCCBOCEO)1(IIIII 则：则：当当ICEO IC时，忽略时，忽略 ICEO，则由上式可得，则由上式可得BCII 共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 近似等于近似等于 IC 与与 IB 之比之比.一般一般 值约为几十值约为几十 几百。几百。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
12、主讲教师 物理学教授 赵合运 BCEIII BC II BE)1(II 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线 当当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的
13、电子收集到集电极。区的电子收集到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。，三极管处于放大状态。*特性右移特性右移(因集因集电结开始吸引电子电结开始吸引电子)V2CE UV/BEUO0CE UIB/AUCE 1时的输入特性具有实用意义时的输入特性具有实用意义IBUCEICVCCRbVBBcebRCV V A mAUBE曲曲线线重重合合。特特性性V 1 CEU*模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 二、输出特性二、输出特性NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321
14、 划分三个区：截止区、划分三个区：截止区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截止区截止区 IB 0 的区域的区域。两个结都处于反向两个结都处于反向偏置。偏置。IB=0 时，时，IC=ICEO硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管，锗管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。常数常数 B)(CEICUfI模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 2.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏 特点特点：各条输出特性各条输出特性曲线比较平坦，近似为水曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。平线，且等间隔。
15、二、输出特性二、输出特性IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放放大大区区 集电极电流和基极电集电极电流和基极电流体现放大作用，即流体现放大作用，即BCII 放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0,UBC 0 UBC 0。特点特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即，即UCB=0 时，称时，称临界饱和临界饱和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管),UCES
16、 0.2 V(锗管锗管)模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的连接方式三极管的连接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRC共基极接法共基极接法VCCRb+VBBC1TICIBC2RC+共发射极接法共发射极接法一、电流放大系数一、电流放大系数是表征管子放大作用的参数。有以下几个：是表征管子放大作用的参数。有以下几个：模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.共射电流放大系数共射电流放大系数 BCII 2.共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 忽略穿透电流忽略穿透电流 ICEO
17、时，时，BCII 3.共基电流放大系数共基电流放大系数 ECII 4.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 ICBO 时，时，ECII 和和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：1 1或或模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 二、反向饱和电流二、反向饱和电流1.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICEOICBO测量测量电路电路ICEO测量测量电路电路ICBOceb AICEO
18、 Aceb 小功率锗管小功率锗管 ICBO 约为几微约为几微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的为纳小，有的为纳安数量级。安数量级。当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间之间的电流。的电流。CBOCEO)1(II 值愈大，则该管的值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三、三、极限参数极限参数1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 当当 IC 过大时，三极管的过大时，三极管的 值要减小。在值要减小。在IC=ICM时，时，值下降到额定值的三分之二。值下降到额定值的三分之二。2.集电极最大允许耗散功率集电极最
19、大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 IC 与与 UCE 乘积等乘积等于规定的于规定的 PCM 值各点连接值各点连接起来，可得一条双曲线。起来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 过过电电压压ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区3.极间反向击穿电压极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。外加在
20、三极管各电极之间的最大允许反向电压。U(BR)CEO:基极开路基极开路时，集电极和发射极之时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。间的反向击穿电压。U(BR)CBO:发射极开发射极开路时，集电极和基极之路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。间的反向击穿电压。安全工作区安全工作区同时要同时要受受 PCM、ICM和和U(BR)CEO限制。限制。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.3.5 PNP 型三极管型三极管 放大原理与放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与
21、 NPN 正好相反。正好相反。三极管外加电源的极性三极管外加电源的极性(a)NPN 型型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b)NPN 型型VCCVBBRCRb+uoui模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 UCEUBE+IEIBICebCUCEUBE(+)()IEIBICebC(+)()PNP三极管电流和三极管电流和电压实际方向。电压实际方向。PNP 三极管各极电流三极管各极电流和电压的规定正方向。和电压的规定正方向。PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。电压电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相
22、反。计实际方向与规定正方向相反。计算中算中UBE、UCE为负值；输入与输出特性曲线横轴为为负值；输入与输出特性曲线横轴为(UBE)、(UCE)。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.4 场效应三极管介绍场效应三极管介绍 只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为控制电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三单极型三极管。极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电)；工艺简单、易集成、功耗小、体
23、积工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。小、成本低。输入电阻高；输入电阻高；模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 DSGN符符号号1.4.1 结型场效应管结型场效应管一、结构一、结构N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层(PN 结结)在漏极和源极之间在漏极和源极之间加上一个正向电压，加上一个正向电压，N型半导体中多数载流子型半导体中多数载流子电子可以导电。电子可以导电。导电沟道是导电沟道是 N 型的，型的，称称 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管。模拟电子技术基础
24、第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 结型场效应管生产过程结型场效应管生产过程模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图P 沟道场效应管沟道场效应管N+N+P型型沟沟道道GSD P 沟道场效应是在沟道场效应是在 P 型硅棒的两侧做成高型硅棒的两侧做成高掺杂的掺杂的 N 型区型区(N+)，导导电沟道为电沟道为 P 型型，多数载，多数载流子为空穴。流子为空穴。符号符号GDS模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 二、工作原理二、工作原理 N 沟道结型场效应沟道结型场效应用改变用改变 U
25、GS 大小来控制漏极大小来控制漏极电流电流 ID 的。的。GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层 *在栅极和源极之在栅极和源极之间加反向电压，耗尽间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏身的电阻值增大，漏极电流极电流 ID 减小，反之，减小，反之，漏极漏极 ID 电流将增加。电流将增加。*耗尽层的宽度改耗尽层的宽度改变主要在沟道区。变主要在沟道区。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.设设UDS=0
26、，在删源之间加负电源在删源之间加负电源 VGG，改变，改变VGG 大小。观察耗尽层的变化。大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型型沟沟道道P+P+(a)UGS=0UGS=0 时，耗时，耗尽层比较窄，尽层比较窄，导电沟比较宽导电沟比较宽UGS 由零逐渐增大，由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。电沟相应变窄。当当 UGS=UP，耗尽层，耗尽层合拢，导电沟被夹断，合拢，导电沟被夹断，夹断电压夹断电压 UP 为负值。为负值。ID=0GDSP+P+N型型沟沟道道 (b)UGS 0，在删源间，在删源间加负电源加负电源 VGG，观察，观察 UGS 变化时耗尽层和漏极变化时耗尽
27、层和漏极 ID。UGS=0，UDG ，ID 较大较大PUGDSP+NISIDP+P+VDDVGG UGS 0，UDG 0 时，耗尽层呈现楔形。时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS ,ID 0,夹断夹断PUGDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改变改变 UGS ，改变了改变了 PN 结中电场，控制了结中电场，控制了 ID，故称场效应管；，故称场效应管；(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极基反偏，栅极基本不取电流，因此，
28、场效应管输入电阻很高。本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(C)(D)模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三、特性曲线三、特性曲线1.转移特性转移特性(N 沟道结型场效应管为例沟道结型场效应管为例)常数常数 DS)(GSDUUfIO uGS/VID/mAIDSSUP转转 移移 特特 性性UGS=0，ID 最大；最大；UGS愈负，愈负，ID 愈小；愈小；UGS=UP，ID 0。两个重要参数两个重要参数饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS(UGS=0 时的时的 ID)夹断电压夹断电压 UP(ID=0 时的时的 UGS)UDSIDVDDVGGDSGV V UGS测测
29、 试试 电电 路路 mA模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.转移特性转移特性O uGS/VID/mAIDSSUP转转 移移 特特 性性2.漏极特性漏极特性 当栅源当栅源 之间的电压之间的电压 UGS 不变时，漏极电流不变时，漏极电流 ID与漏源之间电压与漏源之间电压 UDS 的关系，即的关系，即 结型场效应管转移结型场效应管转移特性曲线的近似公式：特性曲线的近似公式：常数常数 GS)(DSDUUfI)0()1(GSP2PGSDSSD时时当当UUUUII 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 UDSIDVDDVGGDSGV V U
30、GS测测 试试 电电 路路 mAIDSS/VPGSDSUUU ID/mAUDS/VoVGS=0V-1-2-3-4-5-6-7 V8P U预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区 可变可变电阻区电阻区 漏极特性也有三个区：漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和可变电阻区、恒流区和击穿区。击穿区。2.漏极特性漏极特性模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数常数ID/mAO 0.5 1 1.5
31、VGS/VUDS=15 V5ID/mAUDS/VOUGS=0 0.4 V 0.8 V 1.2 V 1.6 V10 15 20250.10.20.30.40.5 结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达高，可达 107 以上。如希望得到更高的输入电阻，以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。可采用绝缘栅场效应管。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.4.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 由金属、氧化物和半导体制成。称为由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属-氧化氧化物物-半导体场效应管半导体
32、场效应管，或简称，或简称 MOS 场效应管场效应管。特点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 109 以上。以上。类型类型增强型增强型N 沟道沟道P 沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS=0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；耗尽型场效应管；UGS=0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 一、一、N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管1.结构结构P 型衬底型衬底N+N+BGDSiO2源极源极 S漏极漏极 D衬底引线衬底引线 B栅极栅极G
33、S模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 2.工作原理工作原理 绝缘栅场效应管利用绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制来控制“感应电荷感应电荷”的多少，改变由这些的多少，改变由这些“感应电荷感应电荷”形成的导电沟道的形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流状况，以控制漏极电流 ID。工作原理分析工作原理分析(1)UGS=0 漏源之间相当于两个背靠漏源之间相当于两个背靠背的背的 PN 结，无论漏源之间加结，无论漏源之间加何种极性电压，何种极性电压，总是不导电总是不导电。SBD模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 (2)UDS=0,0 UGS U
34、T)导电沟道呈现一个楔形。导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流漏极形成电流 ID。b.UDS=UGS UT，UGD=UT 靠近漏极沟道达到临界开启靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。程度，出现预夹断。c.UDS UGS UT，UGD UT 由于夹断区的沟道电阻很大，由于夹断区的沟道电阻很大，UDS 逐渐增大时，逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，导电沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。因而基本不变。a.UDS UTP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区模拟电子技术基础 第一章 半导体
35、器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 3.特性曲线特性曲线(a)转移特性转移特性(b)漏极特性漏极特性ID/mAUDS/VoTGSUU 预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区 可变可变电阻区电阻区UGS UT时时)三个区：可变电阻三个区：可变电阻区、恒流区区、恒流区(或饱和区或饱和区)、击穿区。击穿区。UT 2UTIDOUGS/VID/mAO模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师
36、 物理学教授 赵合运 二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD+制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在子，这些正离子电场在 P 型衬底中型衬底中“感应感应”负电荷，负电荷，形成形成“反型层反型层”。即使。即使UGS=0 也会形成也会形成 N 型导电沟型导电沟道。道。+UGS=0,UDS 0,产产生较大的漏极电流；生较大的漏极电流；UGS 0;UGS 正、负、正、负、零均可。零均可。ID/mAVGS/VOUP转转 移移 特特 性性IDSSN 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 管特性管特性
37、MOS 管的符号管的符号SGDBSGDB漏漏 极极 特特 性性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0 3 V 1 V 2 V432151015 20模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 1.4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数一、直流参数一、直流参数1.饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS2.夹断电压夹断电压 UP3.开启电压开启电压 UT4.直流输入电阻直流输入电阻 RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要
38、参数。输入电阻很高。结型场效应管一般在输入电阻很高。结型场效应管一般在 107 以上，以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于绝缘栅场效应管更高，一般大于 109 。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 二、交流参数二、交流参数1.低频跨导低频跨导 gm2.极间电容极间电容 用以描述栅源之间的电压用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流对漏极电流 ID 的控制作用。的控制作用。常数常数 DSGSmUDUIg单位：单位：ID 毫安毫安(mA)；UGS 伏伏(V)；gm 毫西门子毫西门子(mS)为三个电极之间的等效电容。包括为三个电极之间的等效电容。包括 CGS、CGD、
39、CDS 极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。几个皮法。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 三、极限参数三、极限参数1.漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率 PDM2.漏源击穿电压漏源击穿电压 U(BR)DS3.栅源击穿电压栅源击穿电压U(BR)GS 由场效应管允许的温升决定。由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。化为热能使管子的温度升高。当漏极电流当漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS。场效应管工作时，栅源间场效应管工作时，
40、栅源间 PN 结处于反偏状态，结处于反偏状态，若若UGS U(BR)GS，PN 将被击穿，这种击穿与电容击将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。穿的情况类似，属于破坏性击穿。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 种类种类符号符号转移特性转移特性漏极特性漏极特性 结型结型N沟道沟道耗耗尽尽型型 结型结型P 沟沟道道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型 N沟道沟道增增强强型型SGDIDuGS/VID/mAUPIDSSUGSIDUPIDSSIDUDS=0 V SGDIDIDUDS=0 V UDS o oSGDBIDUGSIDOUT+UGS=UTUDSID+各
41、类场效应管的符号和特性曲线各类场效应管的符号和特性曲线模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 种类种类符号符号转移特性转移特性漏极特性漏极特性绝缘绝缘栅型栅型N沟道沟道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型P沟道沟道增增强强型型耗耗尽尽型型IDSGDBUDSID_UGS=0+_OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUDS=UTUDS_ _o o_ _UDS=0 V _ _IDUDSo o 模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 本章内容要点本章内容要点1.杂质半导体分为杂质半导体分为P
42、型半导体型半导体和和N型半导体型半导体。P型半导体中，型半导体中，空穴空穴为多数载流子；为多数载流子；N型半导体型半导体 中，中，电子电子为多数载流子。为多数载流子。3.稳压管在稳压管在反向击穿反向击穿状态时，起状态时，起稳压稳压作用。作用。4.三极管有三个极，分别是三极管有三个极，分别是基极基极、集电极集电极和和发射极发射极3.硅二极管的死区电压为硅二极管的死区电压为0.60.8V，锗管为，锗管为0.2V。5.三极管有两个三极管有两个PN结，分别是结，分别是发射结发射结和和集电结集电结2.二极管是由二极管是由PN结组成，具有单向导电性。结组成，具有单向导电性。模拟电子技术基础 第一章 半导体
43、器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 6.晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：放大区、截止区、饱和区放大区、截止区、饱和区IB=0饱和区8IC(mA)A20A40A60A4截止区放大区6UCE发射结和集电结均处于反向偏置发射结和集电结均处于反向偏置截止区截止区放大区放大区发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏发射结和集电结均处于正向偏置，发射结和集电结均处于正向偏置，c,e之间相当于开关的接之间相当于开关的接通状态。通状态。饱和区饱和区模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 7.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系BCEIII BC II BE)1(II 很重要，必须牢记，灵活运用很重要，必须牢记，灵活运用模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 2 极间反向电流极间反向电流ICBO和和ICEOECAbceICBORBEBICBO的测量的测量ICEO=ICBO+ICBO=(1+)ICBOAbceICEOECICEO的测量的测量ICBO集电极反向电流，集电极反向电流，ICEO是穿透电流。是穿透电流。模拟电子技术基础 第一章 半导体器件 主讲教师 物理学教授 赵合运 习题：习题：9、13、14。下次讲课内容：下次讲课内容：第十章第十章 直流电源直流电源
