1、第1章 半导体器件义义 乌乌 工工 商商 学学 院院 计算机工程系计算机工程系第1章 半导体器件第1章 半导体器件目的和要求：目的和要求：1 1、深刻理解、深刻理解PNPN结基本特性；结基本特性；2 2、熟练掌握二极管的结构和特性；、熟练掌握二极管的结构和特性；3 3、熟练掌握三极管的结构、类型和特性；、熟练掌握三极管的结构、类型和特性；4 4、掌握三极管的特性曲线和主要参数；、掌握三极管的特性曲线和主要参数；5 5、熟练掌握场效应管结构、类型和特性；、熟练掌握场效应管结构、类型和特性；6 6、掌握场效应管的特性曲线和主要参数。、掌握场效应管的特性曲线和主要参数。第1章 半导体器件1.1 PN
2、1.1 PN结结 半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。成各种电子电路最基本的元件。1.1.1 1.1.1 半导体的导电特征半导体的导电特征半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(SiSi)、锗锗(GeGe)。硅和锗是。硅和锗是4 4价元素，原子的最外层轨道上有价元素，原子的最外层轨道上有4 4个价电子。个价电子。本征半导体本征半导体:纯净的半
3、导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。热激发：热激发：热激发产生自由电子和空穴对。热激发产生自由电子和空穴对。第1章 半导体器件1 1、共价键：、共价键：每个原子周围有四个相邻的原子，两个相每个原子周围有四个相邻的原子，两个相邻原子共用一对电子，形成共价键，将原子之间通邻原子共用一对电子，形成共价键，将原子之间通过紧密结合在一起。过紧密结合在一起。共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除去表示除去价电子后的价电子后的原子原子第1章 半导体器件2 2、载流子：、载流子：在绝对在绝对0 0度（度（T T=0K=0K）和没有外界激发时）和没有外界激
4、发时,价电价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能力为），它的导电能力为 0 0，相当，相当于绝缘体。于绝缘体。3 3、自由电子、空穴：、自由电子、空穴：在常温下，由于热激发，使一些价在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。第1章 半导体器件+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子第1章 半导体器件 有了空穴
5、，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。作相反方向的运动。本征半导体中有本征半导体中有两种载流子两种载流子：带负电荷的自由电子和：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。带正电荷的空穴。热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和热激发产生的自由电子和空穴是成对出
6、现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合复合。在一定。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。第1章 半导体器件（1 1）N N型半导体型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5 5价元素，由于这价元素，由于这类元素的原子最外层有类元素的原子最外层有5 5个价电子，故在构成的共价键个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或这种半导体主要靠自由电子导电，称为
7、电子半导体或N N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。的空穴为少数载流子。第1章 半导体器件+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子自由电子自由电子多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴 少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）N N 型半导体中的载流子型半导体中的载流子第1章 半导体器件（2 2）P P型半导体型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3 3价元素，由价元素，由于这类元素的原子最外层只有于这类元素的原子最外层只有3 3个价电子，故
8、在构成的共个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或导体或P P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。的自由电子是少数载流子。第1章 半导体器件空空 穴穴多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）自由电子自由电子 少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子2 2、P P 型半导体型半导体第1章
9、半导体器件注意：注意：1 1、无论是、无论是P P型半导体还是型半导体还是N N型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。2 2、掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。、掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。3 3、少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。、少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。第1章 半导体器件总总 结结2.2.N N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，的电子，N N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于
10、数量的关系，起导电作用的主能形成电流，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。要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。3.3.P P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.1.本征半导体中受激产生的电子很少。本征半导体中受激产生的电子很少。第1章 半导体器件1.1.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P P 型半导体和型半导体和N N 型半导体，经过载流子的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了扩散，在它们的交界面处就形成了PN PN 结。结。第1章 半导体器
11、件半导体中载流子有扩散运动和漂移运动半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动两种运动方式。方式。：载流子在电场作用下的定向运动。载流子在电场作用下的定向运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动。的区域运动。第1章 半导体器件P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E漂移运动漂移运动扩散的结果是使扩散的结果是使空间电荷区逐渐空间电荷区逐渐加宽。加宽。内电场越强，漂内电场越强，漂移运动越强，而移运动越强，而漂移使空间
12、电荷漂移使空间电荷区变薄。区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。第1章 半导体器件 扩散与漂移达到动态平衡形成一定扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的宽度的PNPN结结 多子扩散多子扩散 形成空间电荷区产生内电场形成空间电荷区产生内电场 少子漂移少子漂移第1章 半导体器件 外加正向电压（也叫正向偏置）外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P区，区，P区空穴不断扩散到区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这区，形成较大的正向
13、电流，这时称时称PN结处于结处于状态。状态。空间电荷区变窄E R内电场外电场PNI第1章 半导体器件(1)(1)加正向电压加正向电压（正偏）（正偏）电源正极接电源正极接P P区，负极接区，负极接N N区区。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漂移运动扩散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（导通）（导通）外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。+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流第1章 半导体器件(2)(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P P区。区。外电
14、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运动扩散运动漂移运动扩散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（截止）（截止）+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRP PN N反向饱和电流第1章 半导体器件结结 论论1 1、PNPN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，呈现低电阻，PNPN结导通；结导通；2 2、PNPN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，呈现高电阻，PNPN结截止。结截止。3
15、 3、PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。第1章 半导体器件1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构结构结构 一个一个PNPN结加上相应的电极引线并用管壳结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。极管。半导体二极管按其结构不同可分为点接半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。触型和面接触型两类。阳极 阴极第1章 半导体器件 点接触型点接触型二极管二极管PNPN结面积结面积很小，结电容很小，多用很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电于高频检波
16、及脉冲数字电路中的开关元件。路中的开关元件。面接触型面接触型二极管二极管PNPN结面结面积大，结电容也小，多积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。用在低频整流电路中。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片PN结结第1章 半导体器件1.2.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 外加正向电压较小时，外电外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，的阻力，PN结仍处于截止状态结仍处于截止状态。正向电压大于死区电压后，正向电压大于死区电压后，正向电流正向电流 随着正向电压增大迅速随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为上升。通常死区电压
17、硅管约为0.5V，锗管约为，锗管约为0.2V。导通电压。导通电压:UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V (0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V第1章 半导体器件 外加反向电压时，外加反向电压时，PN结处结处于截止状态，反向电流于截止状态，反向电流 很小。很小。反向电压大于击穿电压时，反反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。向电流急剧增加。电击穿电击穿 PN 结未损坏，断结未损坏，断电即恢复。电即恢复。热击穿热击穿 PN 结烧毁。结烧毁。第1章 半导体器件（1）最大整流电流）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过的最大指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
18、正向平均电流。（2）反向击穿电压）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受的最大二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为反向电压（约为UB 的一半）。的一半）。（4）最大反向电流）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。小，则管子的单向导电性越好。（5）最高工作频率）最高工作频率fm：主要取决于主要取决于PN结结电容的大小。结结电容的大小。1.2.3 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数第1章 半导体器件 影响工作频
19、率的原因：影响工作频率的原因：主要取决于主要取决于PNPN结结结结电容的大小。电容的大小。1.1.低频时，因结电容很小，对低频时，因结电容很小，对 PN PN 结影响很小。结影响很小。高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。变差。2.2.结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。二极管的恒压降模型：二极管的恒压降模型：理想二极管：理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏
20、电流忽略不计。反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。第1章 半导体器件【例例 1】硅二极管，硅二极管，R=2 k，分别用二极管理想模型和恒压，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出降模型求出 VDD=2 V 和和 VDD=10 V 时时 IO 和和 UO 的值。的值。解解：V VDD DD=2 V 2 V 理想理想U UO=O=V VDD=2 VDD=2 VI IO O=V=VDD/DD/R R=2/2 =1(mA=2/2 =1(mA)恒压降恒压降U UO=O=V VDD DD U UD(on)=2 D(on)=2 0.7=1.3(V)0.7=1.3(V)I IO O=U=UO/O/R R=
21、1.3/2=0.65(mA=1.3/2=0.65(mA)V VDD=10 V DD=10 V 理想理想I IO O=V=VDD/DD/R R=10/2=5(mA=10/2=5(mA)恒压降恒压降U UO=10 O=10 0.7=9.3(V)0.7=9.3(V)I IO O=9.3/2=4.65(mA9.3/2=4.65(mA)【结论】【结论】V VDD DD 大，采用理想模型；大，采用理想模型；V VDDDD小，采用恒压降模型。小，采用恒压降模型。第1章 半导体器件例例 2 2 二极管构成二极管构成“门门”电路，设电路，设 V1V1、V2 V2 均为理想二极管，均为理想二极管，当输入电压当输入
22、电压 U UA A、U UB B 为低电压为低电压 0 V 0 V 和高电压和高电压 5 V 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 U UO O 的值。的值。【课堂练习】习题【课堂练习】习题1-11-1（a a）、）、1-2(a)1-2(a)第1章 半导体器件1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 稳压管是一种用特殊工艺制造的稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：电流增稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。量很大，只引起很小的电压变化。1.3.1 1
23、.3.1 稳压管稳压管阳极 阴极第1章 半导体器件 （1）稳定电压）稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压。反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流）稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的电流。工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动态电阻）动态电阻rZ：稳定工作范围内，管子两端电压的稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。变化量与相应电流的变化量之比。即：即：rZ=UZ/IZ （4）额定功率）额定功率PZ和最大稳定电流和最大稳定电流IZM：额定功率额定功率PZ是在是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流IZM是是指稳压管允
24、许通过的最大电流。它们之间的关系是：指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：PZ=UZIZM稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：第1章 半导体器件uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA,V,minmaxzzzII10U稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压解：令输入电压达到上限时，流过稳压 管的电流为管的电流为I Iz zmaxmax 。mAmax25RUIiLZz10R25UiRu2.1zi方程方程1 1要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载波动时，负载电压基本不变。电压基本不变。求：求：电阻电阻R R和输入电
25、压和输入电压 uiui 的正常的正常值。值。稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例第1章 半导体器件令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为I Iz zminmin 。mAmin10RUIiLZz10R10UiRu8.0zi方程方程2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri iL Li iu ui iR RL L联立方程联立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui第1章 半导体器件1.3.2 1.3.2 发光二极管发光二极管 当发光二极管的当发光二极管的PNPN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程结加上正向电压时，电子
26、与空穴复合过程以光的形式放出能量。以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.51.53V3V）、）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。阳极 阴极 (a)(b)LEDLEDRE第1章 半导体器件 光电二极管的又称为光敏二极管，反向偏光电二极管的又称为光敏二极管，反向偏置时光照导通。反向电流
27、随光照强度的增加而置时光照导通。反向电流随光照强度的增加而上升。上升。1.3.31.3.3光电二极管光电二极管IU照度增加照度增加第1章 半导体器件1.4 双极型三极管双极型三极管1.4.1 半导体三极管是由两个背靠背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为为，简称晶体管或三极管。，简称晶体管或三极管。两个两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是列，可以是N-P-N，也可以是，也可以是P-N-P。因此，三极管有
28、两种。因此，三极管有两种类型：类型：和和。第1章 半导体器件NPN型集电结 B发射结NPN集电区基区发射区CCEEBPNP型集电结 B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向第1章 半导体器件三极管的分类：三极管的分类：按材料分：硅管、锗管按材料分：硅管、锗管 按结构分：按结构分：NPNNPN、PNPPNP 按使用频率分：低频管、高频管按使用频率分：低频管、高频管 按功率分：小功率管按功率分：小功率管 1 W第1章 半导体器件1.4.2 电流分配和电流放大作用电流分配和电流放大作用（1）产生放大作用的条件）产生放大作用的条件 内部：内部：a）发射区杂质浓度
29、）发射区杂质浓度基区基区集电区集电区 b）基区很薄）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏外部：发射结正偏，集电结反偏（2）三极管内部载流子的传输过程）三极管内部载流子的传输过程a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流）发射区向基区注入电子，形成发射极电流 iEb）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iBc）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 iC（3）电流分配关系：）电流分配关系：iE=iC+iB 第1章 半导体器件 实验表明实验表明IC比比IB大大数十至数百倍，因而有数十至数百倍，因而有IB虽然很小
30、，但对虽然很小，但对IC有有控制作用，控制作用，IC随随IB的改的改变而改变，即基极电流变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电用，这就是三极管的电流放大作用。流放大作用。NPNICIEIBRBUBBUCCRC第1章 半导体器件1.4.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线输入特性曲线输入特性曲线与二极管类似与二极管类似ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE/V40302010IB/mA0UCE1
31、V测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线第1章 半导体器件2 2输出特性曲线输出特性曲线（1）放大区：）放大区：发射极正向偏置，集电发射极正向偏置，集电结反向偏置结反向偏置BCii（2）截止区：）截止区：发射结反向偏置，发射结反向偏置，集电结反向偏置集电结反向偏置 0,0CBii（3）饱和区：）饱和区：发射结正向偏置，集发射结正向偏置，集电结正向偏置电结正向偏置BECEBEBuuui,0,04321IB=003 6 9 12 UCE/V20A40A60A80A100A饱和区截止区放 大 区IC/mABCii第1章 半导体器件1.4.4 1、电流放大系数、电流放大系数：iC=iB2、极间
32、反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+）iCBO3、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：下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允时所允许的最大集电极电流。许的最大集电极电流。（2）反向击穿电压）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM。第1章 半导体器件例例已知已知:I ICM=20 mACM=20 mA,P PCM=100 mWCM=100 mW，U U(BR)CEO =20 V(BR)CEO =20 V，
33、当当 U UCE=10 V CE=10 V 时，则时，则I IC 10 mAC 10 mA 当当 U UCE=1 VCE=1 V时，则时，则 I IC 20 mAC 20 mA 当当 I IC=2 mAC=2 mA时，则时，则 U UCE 20 V CE 0时：时：沟道内感应出的负电荷增多，沟道加沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，宽，沟道电阻减小，ID增大。增大。UGS0时：时：会产生垂直于衬底表面的电场。会产生垂直于衬底表面的电场。P型衬底与绝缘层的型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，界面将感应出负电荷层，UGS增加，负电荷数量增多，积累的负增加，负电荷数量增多，积累的负电
34、荷足够多时，两个电荷足够多时，两个N+区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有有ID出现。在一定的漏、源电压出现。在一定的漏、源电压UDS下，使管子由不导通转为导下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为通的临界栅、源电压称为开启电压开启电压UGS(th)。UGS UGS(th)时，随时，随UGS的增加的增加ID增大。增大。第1章 半导体器件漏极特性曲线的两个区域：漏极特性曲线的两个区域：在虚线左边的区域：在虚线左边的区域：漏、源电压漏、源电压U UDSDS相对较小，漏极电流相对较小，漏极电流I ID D随随U UDSDS的增的增加而增加，输出电阻加而增加，输
35、出电阻r ro o较小，且较小，且可以通过改变栅、源电压可以通过改变栅、源电压U UGSGS的大的大小来改变输出电阻小来改变输出电阻r ro o的阻值，这的阻值，这一区域称为可变电阻区。一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域：在虚线右边的区域：当栅、源电压当栅、源电压U UGSGS为常数时，漏极电流为常数时，漏极电流I ID D几乎不几乎不随漏、源电压随漏、源电压U UDSDS的变化而变化，的变化而变化，特性曲线趋于与横轴平行，输出特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻电阻r ro o很大，在栅、源电压很大，在栅、源电压U UGSGS增增大时，漏极电流大时，漏极电流I ID D随随U UGSGS线性
36、增大，线性增大，这一区域称为放大区。这一区域称为放大区。第1章 半导体器件 综上所述，场效应管的漏极电流综上所述，场效应管的漏极电流I ID D受栅、源电受栅、源电压压U UGSGS的控制，即的控制，即I ID D随随U UGSGS的变化而变化，所以场效应的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压U UGSGS对对漏极漏极I ID D控制作用的大小用跨导控制作用的大小用跨导g gm m表示：表示：常数DSGSDmUUIg第1章 半导体器件1.5.3 1.5.3 场效应管的主要参数除输入电阻场效应管的主要参数除输入电阻R RGSGS、
37、漏极饱和电流、漏极饱和电流I IDSSDSS、夹断电、夹断电压压U UGS(off)GS(off)和开启电压和开启电压U UGS(thGS(th)外，还有以下重要参数：外，还有以下重要参数：（1 1）跨导）跨导gmgm。g gm m表示场效应管栅、源电压表示场效应管栅、源电压U UGSGS对漏极对漏极I ID D控制作用的大小，单位是控制作用的大小，单位是A/VA/V或或mAmAV V。（2 2）通态电阻。）通态电阻。在确定的栅、源电压在确定的栅、源电压U UGSGS下，场效应管进入饱和导下，场效应管进入饱和导通时，漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电阻的大小决定了通时，漏极和源极之间的电
38、阻称为通态电阻。通态电阻的大小决定了管子的开通损耗。管子的开通损耗。（3 3）最大漏、源击穿电压）最大漏、源击穿电压UDS(BR)UDS(BR)。指漏极与源极之间的反向击指漏极与源极之间的反向击穿电压。穿电压。（4 4）漏极最大耗散功率）漏极最大耗散功率P PDMDM。漏极耗散功率的最大允许值，是从发漏极耗散功率的最大允许值，是从发热角度对管子提出的限制条件。热角度对管子提出的限制条件。常数DSGSDmUUIgDDSDIUP 第1章 半导体器件 使用注意事项：使用注意事项：绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅极绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅极上很容易积累较高的静电电压将绝缘层击穿。上很容易积累较
39、高的静电电压将绝缘层击穿。为了避免这种损坏，在保存场效应管时应将为了避免这种损坏，在保存场效应管时应将它的它的3 3个电极短接起来；在电路中，栅、源个电极短接起来；在电路中，栅、源极间应有固定电阻或稳压管并联，以保证有极间应有固定电阻或稳压管并联，以保证有一定的直流通道；在焊接时应使电烙铁外壳一定的直流通道；在焊接时应使电烙铁外壳良好接地。良好接地。第1章 半导体器件本章小结本章小结 (1)PN (1)PN结是构成一切半导体器件的基础。结是构成一切半导体器件的基础。PNPN结具有单向导电性，结具有单向导电性，加正向电压时导通，加正向电压时导通，其电阻很小；加反向电压时截止，其电阻很大。其电阻很
40、小；加反向电压时截止，其电阻很大。(2)(2)二极管和稳压管都是由一个二极管和稳压管都是由一个PNPN结构成，它们的正向特性很结构成，它们的正向特性很相似，主要区别是二极相似，主要区别是二极管不允许反向击穿，一旦击穿会造成永久性损坏；而稳压管正常管不允许反向击穿，一旦击穿会造成永久性损坏；而稳压管正常工作时必须处于反向击穿状态，且反向击穿时动态电阻很小，即工作时必须处于反向击穿状态，且反向击穿时动态电阻很小，即电流在允许范围内变化时，稳定电压电流在允许范围内变化时，稳定电压UzUz基本不变。基本不变。第1章 半导体器件 (3)(3)三极管具有两个州结，有三极管具有两个州结，有NPNNPN和和P
41、NPPNP两种管型。三极管的主两种管型。三极管的主要功能是可以用较小的基极电流控制较大的集电极电流，控制能要功能是可以用较小的基极电流控制较大的集电极电流，控制能力用电流放大系数力用电流放大系数表示。三极管有表示。三极管有3 3种工作状态。工作在放大状种工作状态。工作在放大状态时发射结正偏、集电结反偏，集电极电流随基极电流成比例变态时发射结正偏、集电结反偏，集电极电流随基极电流成比例变化。工作在截止状态时发射结和集电结均反偏，集电极与发射极化。工作在截止状态时发射结和集电结均反偏，集电极与发射极之间基本上无电流通过。工作在饱和状态时发射结和集电结均正之间基本上无电流通过。工作在饱和状态时发射结
42、和集电结均正偏，集电极与发射极之间有较大的电流通过，两极之间的电压降偏，集电极与发射极之间有较大的电流通过，两极之间的电压降很小。后两种情况集电极电流均不受基极电流控制。很小。后两种情况集电极电流均不受基极电流控制。(4)(4)场效应管是一种单极型半导体器件。场效应管的基本功能场效应管是一种单极型半导体器件。场效应管的基本功能是用栅、源极间电压控制漏极电流。场效应管具有输入电阻高、是用栅、源极间电压控制漏极电流。场效应管具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点。场效应管的源极、漏极和噪声低、热稳定性好、耗电省等优点。场效应管的源极、漏极和栅极分别相当于双极型晶体管的发射极、集电极和基极。栅极分别相当于双极型晶体管的发射极、集电极和基极。第1章 半导体器件习题一：习题一：1-31-3、4 4、8 8、9 9、1010本章作业本章作业
