模電第一章半導(dǎo)體器件

第一章半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3半導(dǎo)體三極管1.4場效應(yīng)管1.5單結(jié)晶體管和晶閘管1.6集成電路中的元件在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。硅原子Si鍺原子Ge+4典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。導(dǎo)體（低價(jià)元素）——半導(dǎo)體——絕緣體（高價(jià)元素）金、銀、銅、鐵等——硅、鍺、鎵等——橡膠、惰性氣體等1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)一.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。

本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。束縛電子當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空穴?？昭ㄊ前雽?dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。自由電子空穴這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。電子空穴對(duì)可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。常溫300K時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度硅：鍺：本征激發(fā)動(dòng)畫演示導(dǎo)電機(jī)理自由電子帶負(fù)電荷電子流＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。在外加電場的作用下，電子和空穴會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流而導(dǎo)電。小結(jié)：晶體中存在著兩種導(dǎo)電的離子（電子、空穴）二.雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)

N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.

N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷），可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。++++++++++++磷原子硅原子施主離子自由電子電子空穴對(duì)多余電子N型半導(dǎo)體在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2.

P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼、鎵、銦等）形成P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。P型半導(dǎo)體硅原子空穴硼原子－－－－－－－－－－－－電子空穴對(duì)空穴受主離子P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體++++++++++++－－－－－－－－－－－－雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖多子—電子少子—空穴多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)，與摻雜無關(guān)多子濃度——與溫度無關(guān)，與摻雜有關(guān)三.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。此時(shí)將在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:兩側(cè)載流子存在濃度差雜質(zhì)離子不移動(dòng)形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場促進(jìn)少子漂移運(yùn)動(dòng)阻止多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成PN結(jié)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng):空穴：P

N；電子N

P空穴和電子產(chǎn)生復(fù)合空間電荷區(qū)（PN結(jié)）PN內(nèi)電場耗盡層V0電位V電子勢能-qV0PN結(jié)的形成過程動(dòng)畫演示REW2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流(2)加反向電壓（反偏）——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成反向電流IRPN在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。單向?qū)щ娦詣?dòng)畫演示PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的伏安（V-I）特性PN結(jié)的伏安特性是指在PN結(jié)兩端外加電壓時(shí)，通過PN結(jié)的電流大小與外加電壓之間關(guān)系的特性。如圖所示（硅二極管PN結(jié)）。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示：式中IS

為反向飽和電流，u為外加電壓，UT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q為電子電荷量，T為熱力學(xué)溫度。對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300K），則有UT=26mV。正向特性：指數(shù)規(guī)律擊穿特性：反向特性：反向阻斷（1）雪崩擊穿載流子獲得足夠的動(dòng)能將共價(jià)鍵中的電子碰撞出來產(chǎn)生電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的載流子再去碰撞其他的中性原子又產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，這種碰撞電離稱為雪崩擊穿。（2）齊納擊穿阻擋層內(nèi)的場強(qiáng)非常高時(shí)（摻雜濃度高、阻擋層很薄、容易建立很強(qiáng)的場強(qiáng)）足以把阻擋層內(nèi)的中性原子的價(jià)電子直接從共價(jià)鍵中拉出來產(chǎn)生自由電子空穴對(duì)，這個(gè)過程稱為場致激發(fā)。場致激發(fā)產(chǎn)生大量的載流子使PN結(jié)的反向電流劇增呈反向擊穿現(xiàn)象叫齊納擊穿。4.PN結(jié)的電容效應(yīng)（1）勢壘電容Cb當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。(2)擴(kuò)散電容Cd當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子(稱非平衡少數(shù)載流子)的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來！極間電容（結(jié)電容）CjCj＝Cb＋Cd一.二極管常見的幾種結(jié)構(gòu)1.點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。1.2半導(dǎo)體二極管2.面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。3.平面型二極管用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。常見的半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。二.二極管的伏安（V－A）特性1.正向特性實(shí)驗(yàn)曲線硅：0.5V鍺：

0.1V導(dǎo)通壓降反向飽和電流開啟電壓擊穿電壓UBR鍺uEiVmA2.反向特性u(píng)EiVuA硅：0.7V鍺：0.3V說明：1.二極管與PN結(jié)伏安特性的區(qū)別二者均具有單向?qū)щ娦?，但由于二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，正向偏置在電流相同的情況下，二極管端電壓大于PN結(jié)的端電壓，或者說在相同正向偏置下，二極管電流小于PN結(jié)電流；另外，二極管表面存在漏電流，其反相電流增大。2.溫度對(duì)二極管伏安特性的影響二極管的特性對(duì)溫度很敏感，環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。三.二極管的主要參數(shù)1.IF—最大整流電流(最大正向平均電流)2.UR—最高反向工作電壓，為U(BR)/23.IR

—反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?4.fM

—最高工作頻率(超過單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO影響工作頻率的原因—PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)論：1.低頻時(shí)，因結(jié)電容很小，對(duì)PN結(jié)影響很小。高頻時(shí)，因容抗小，使結(jié)電容分流，導(dǎo)致單向?qū)щ娦宰儾睢?.結(jié)面積小時(shí)結(jié)電容小，工作頻率高。四.二極管的等效電路1.折線化等效電路非線性線性說明：理想模型誤差最大；分段線性模型誤差最小；一般情況下多采用恒下壓降模型。理想模型恒壓降模型分段線性模型2.微變等效電路（小信號(hào)模型）二極管外加正向電壓時(shí)，將有一直流電流，曲線上反映該電壓和電流的點(diǎn)稱為Q點(diǎn)（靜態(tài)工作點(diǎn)），若在Q點(diǎn)的基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可以用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的直線來近似微小變化的曲線，即將二極管等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd（稱二極管微變等效電路）。3.二極管電路分析舉例例：分析圖示電路理想模型：恒壓降模型：IR10VU1kIR10VU1kIR10VU1kUon例：圖示二極管限幅電路，R＝1k，UREF=2V，輸入信號(hào)為ui。(1)若ui為4V的直流信號(hào)，分別采用理想模型、恒壓降模型計(jì)算電流I和輸出電壓uo解：理想模型恒壓降模型（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和恒壓降模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：理想模型（波形如圖所示）。0-4V4Vuit2V2Vuotui<UREF時(shí)，二極管反偏截止，相當(dāng)于開路，回路無電流，uo＝ui；Ui>UREF時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，相當(dāng)于短路，uo＝UREF；02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V恒壓降模型（波形如圖所示）。ui<UREF+Uon時(shí)，二極管反偏截止，相當(dāng)于開路，回路無電流，uo=ui；Ui>UREF+Uon時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，相當(dāng)于短路，uo=UREF+Uon；五.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是工作在反向擊穿區(qū)的一種特殊二極管(伏安特性如圖)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時(shí)，其兩端電壓近似為常數(shù)。由于穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，故二極管一般反向接入電路。反偏電壓≥UZ；反向擊穿。正向同二極管穩(wěn)定電壓+UZ_穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ——流過規(guī)定電流時(shí)穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2.穩(wěn)定電流IZ——越大穩(wěn)壓效果越好，小于Izmin

時(shí)不穩(wěn)壓。3.最大耗散功率PZM；最大工作電流IZM（Izmax）

PZM=UZ

IZM4.動(dòng)態(tài)電阻rZ_——穩(wěn)壓區(qū)，端電壓變化量與其電流量變化之比。rZ

=

UZ/

IZ（幾

幾十

）越小穩(wěn)壓效果越好。5.電壓溫度系數(shù)

——穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):負(fù)載電阻RL＝600Ω，求限流電阻R取值范圍。解：由電路可得：+UZ-IZDZRILIR+Ui-RL15V六.其它類型的二極管1.發(fā)光二極管LED有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。應(yīng)用：半導(dǎo)體光源。2.光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。應(yīng)用：光電檢測。符號(hào)符號(hào)1.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管，簡稱晶體管或三極管。在三極管內(nèi)，有兩種載流子：電子與空穴，它們同時(shí)參與導(dǎo)電，故晶體三極管又稱為雙極型三極管，簡記為BJT（英文Bipo1arJunctionTransistor的縮寫）。它的基本功能是具有電流放大作用。三極管屬于電流控制型器件。

一.三極管的結(jié)構(gòu)及分類NNP集電極c基極b發(fā)射極eNPNPPN集電極c基極b發(fā)射極ePNP符號(hào):注：符號(hào)中箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)發(fā)射極電流的方向?；鶇^(qū)，電極稱為基極b（Base）發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極e（Emitter）集電區(qū)，電極稱為集電極c（Collector）集電結(jié)Jc發(fā)射結(jié)Je三極管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為了保證三極管具有良好的電流放大作用，在制造三極管的工藝過程中，必須作到：使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；使基區(qū)摻雜濃度最小，且區(qū)最薄，以有效地傳輸載流子；使集電區(qū)面積最大，且摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)，以有效地收集載流子。以上三條實(shí)際上是三極管放大作用的內(nèi)部條件。二.三極管的放大作用1.基本概念：（1）放大的含義（實(shí)質(zhì)）：用較小的量控制較大的量。（2）三極管放大電路的基本連接方法：共發(fā)射極電路共基極電路共集電極電路共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)（3）

三極管放大作用的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸Ｈ粼诜糯蠊ぷ鳡顟B(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE

－＋UBE－＋UCB－集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0RcVccRbVbb（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN

。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE=IEN+IEP≈

IEN。（2）電子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合；發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，復(fù)合掉的空穴由電源Vbb提供，形成IBN。所以基極電流IB≈

IBN。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。2.BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程RcVccRbVbb（3）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子。

因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

。另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。3．電流分配關(guān)系從內(nèi)部看：從外部看：動(dòng)畫演示當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定。4.三極管的電流放大系數(shù)電流ICN與IB'之比稱為共射直流電流放大系數(shù)

。ICEO(穿透電流)——基極開路（IB=0）時(shí)，在集電極電源Vcc作用下的集電極與發(fā)射極之間形成的電流。ICBO——發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流共射交流電流放大系數(shù)β。通常情況下，在近似分析中，對(duì)直流和交流電流放大系數(shù)不作區(qū)分，即：共基極交流電流放大系數(shù)α（）。三.三極管特性曲線（共射極接法）三極管的特性（輸入特性、輸出特性）曲線描述各電極之間電壓，電流之間的關(guān)系，用于對(duì)三極管的性能、參數(shù)和三極管電路的分析估算。輸入特性曲線：描述了在管壓降UCE一定的情況下，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系，即1.UCE=0時(shí)，與二極管正向特性相似；2.UCE取不同值時(shí)，可得一簇曲線，隨UCE增大右移。3.UCE

≥1時(shí)，曲線與UCE=1的特性曲線接近；4.一般手冊(cè)只給出UCE=0和UCE=1時(shí)的兩條曲線。uBEiB0UCE=0UCE≥1(2)輸出特性曲線：描述基極電流IB為一常量時(shí)，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系。三極管工作的三個(gè)區(qū)域：放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正常工作狀態(tài)。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。IB對(duì)IC無控制作用。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。(1)當(dāng)IB一定時(shí)，iC幾乎不隨vCE變化，具有恒流特性；(2)iC隨iB變化線性變化，IC=βIB，IC受IB控制。IB=0，IC=ICEO

很小。ICEO=（1+β

）ICBO—受溫度影響大，故ICEO溫度系數(shù)大。IC基本恒定，不隨IB變化，無放大作用，IB對(duì)IC控制作用消失。注：放大電路中三極管工作區(qū)域可通過三個(gè)電極的電位來判斷。uCEiCIB=0mAIB=20mAIB=40mAIB=60mAIB=80mA0截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)輸出特性動(dòng)畫演示四.三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基極電流放大系數(shù)：一般取20-200之間（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：20uA(mA)40uAuCE0(V)80uA△IB

=100uAiBC60uAi2.31.5△iC2.極間反向電流（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO：基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。其大小與溫度有關(guān)。（1）集電極基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。鍺管：ICBO為微安數(shù)量級(jí)；硅管：ICBO為納安數(shù)量級(jí)。++ICBOecbICEO

3.極限參數(shù)Ic增加時(shí)，

要下降。當(dāng)

值下降到線性放大區(qū)

值的70％時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（1）集電極最大允許電流ICM集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

<PCM（2）集電極最大允許功率損耗PCMiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)

（3）反向擊穿電壓三極管有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：①U(BR)EBO—集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏～十幾伏。②U(BR)CBO—發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏～幾百伏。③U(BR)CEO—基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。在實(shí)際使用時(shí)，還有U(BR)CER、U(BR)CES等擊穿電壓。--(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU1.5場效應(yīng)管BJT是一種電流控制器件(iB~iC)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET絕緣柵場效應(yīng)管IGFET

(InsulatedGateFET)結(jié)型場效應(yīng)管JFET（Junction

FET）場效應(yīng)管（FET）的分類一.結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道JFETP溝道JFET漏極源極柵極結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)動(dòng)畫演示2.工作原理（以N溝道為例）正常工作條件（N溝道）：柵—源之間加負(fù)向電壓（uGS<0），以保證耗盡層承受反向電壓。漏—源之間加正向電壓（uDS>0

）,以形成漏極電流iD。場效應(yīng)管通過柵—源電壓uGS和漏—源電壓uDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響來實(shí)現(xiàn)對(duì)iD的控制，從而實(shí)現(xiàn)其放大（控制）的功能。NgduGS工作原理：當(dāng)uDS=0（d、s短路）時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用PPsuDS=0且uGS=0，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬。|uGS|增大時(shí)，耗盡層加寬，溝道變窄，溝道電阻增大。|uGS|增大到某一數(shù)值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無窮大，稱此時(shí)uGS的值為夾斷電壓UGS(off)。NgduGSsuDS當(dāng)uGS為某一固定值（UGS(off)~0

）時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響。PPuGS為某一固定值（UGS(off)~0

），存在由uGS所確定的一定寬度的溝道。若uDS=0，此時(shí)由于d—s間電壓為零，溝道中的載流子不會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，故電流iD=0。若uDS>0，則有電流iD從漏極流向源極，此時(shí)溝道中各點(diǎn)與柵極間的電壓不等（從源極到漏極逐漸增大），耗盡層寬度不一（溝道上窄下寬，呈楔型）。NgduGSsuDSPP由于柵—漏電壓uGD=uGS-uDS，所以的當(dāng)uDS從零逐漸增大時(shí)，uGD逐漸減小，靠近漏極一側(cè)的導(dǎo)電溝道必將隨之變窄。但只要柵—漏間不出現(xiàn)夾斷區(qū)域，溝道電阻仍取決于柵—源電壓（uGS），故電流iD將隨uDS的變化近似線性變化。一旦uDS的增大使uGD＝UGS(off)，則漏極一邊的耗盡層就會(huì)出現(xiàn)夾斷區(qū)，稱uGD＝UGS(off)為預(yù)夾斷。NgduGSsuDSPP預(yù)夾斷后，若uDS繼續(xù)增大，uGD<UGS(off)，耗盡層閉合部分將沿溝道方向延伸，夾斷區(qū)加長。一方面，自由電子從源極向漏極定向移動(dòng)所受阻力加大（從夾斷區(qū)窄縫高速通過），從而導(dǎo)致iD減小；另一方面，隨著uDS的增大，d—s間的電場增強(qiáng)，使iD增大。二者變化趨勢相互抵消，在預(yù)夾斷后，uDS增大，iD近似不變，即iD僅僅取決于uGS，表現(xiàn)出iD的恒流特性。當(dāng)uGD<UGS(off)時(shí)，uGS對(duì)漏極電流iD的控制。在uGD=uGS-uDS<UGS(off)，即uDS>uGS-UGS(off)的情況下，當(dāng)uDS為一常量時(shí)，對(duì)應(yīng)于確定的uGS，就有確定的iD。此時(shí)通過改變uGS就可以控制iD的大小，這就是場效應(yīng)管的控制作用。場效應(yīng)管控制作用體現(xiàn)在漏極電流受柵—源電壓的控制，故場效應(yīng)管為電壓控制器件，體現(xiàn)其控制作用的參數(shù)為gm（低頻跨導(dǎo)）。NgduGSsuDSPP結(jié)型場效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫演示小結(jié)：在uGD=uGS

-uDS>uGS(off)的情況下，即當(dāng)uDS<uGS

-uGS(off)(即g－d間未出現(xiàn)夾斷)時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，d－s間等效為不同阻值的電阻；當(dāng)uDS使uGD=uGS(off)時(shí)，d－s間出現(xiàn)預(yù)夾斷；當(dāng)uDS使uGD<uGS(off)時(shí)，iD幾乎僅僅決定于uGS，而與uDS無關(guān)。此時(shí)可以把iD近似看成uGS控制的電流源。3.結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線輸出特性曲線：輸出特性曲線描述了當(dāng)柵－源電壓uGS為常量時(shí)，漏極電流iD與漏－源電壓uDS之間的函數(shù)關(guān)系（一簇曲線）。場效應(yīng)管的四個(gè)工作區(qū)：可變電阻區(qū)：在預(yù)夾斷前，通過改變uGS的值，可以改變溝道的寬度，從而改變漏－源極之間的電阻。恒流區(qū)：當(dāng)uDS>uGS－UGS(off)，即uGD<UGS(off)時(shí)，各曲線近似一組橫軸的平行線。當(dāng)uDS增大時(shí)，iD幾乎不變，因而可將iD近似為uGS控制的電流源。該區(qū)為場效應(yīng)管作放大管時(shí)的工作區(qū)。夾斷區(qū)：當(dāng)uGS<UGS(off)時(shí)，導(dǎo)電溝道被夾斷，iD＝0，無電流。擊穿區(qū)：uDS過大，管子擊穿。輸出特性曲線動(dòng)畫演示轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線描述了當(dāng)漏－源電壓uDS為常量時(shí)，漏極電流iD與柵－源電壓uGS之間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，由于輸出特性曲線可近似為恒軸的一組平行線，所以可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替恒流區(qū)所有曲線。注意：為了保證柵—源間的耗盡層加反向電壓，N溝道管uGS≤0，P溝道管uGS≥0。轉(zhuǎn)移特性曲線動(dòng)畫演示二.絕緣柵場效應(yīng)三極管絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxide

SemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強(qiáng)型

N溝道、P溝道

耗盡型

N溝道、P溝道1.N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)（4個(gè)電極）漏極d，源極s，柵極g，襯底b。符號(hào)MOSFET結(jié)構(gòu)動(dòng)畫演示當(dāng)uDS=0且uGS＞0V時(shí)→g、b間存在縱向電場→將靠近柵極下方的空穴向下排斥，留下帶負(fù)電的離子→形成耗盡層。（2）工作原理當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。再增加uGS→縱向電場↑→將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面→形成導(dǎo)電溝道（反型層），如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流iD。①柵源電壓uGS的控制作用注意：由于有SiO2絕緣層，故柵極電流為0。定義：

開啟電壓（UGS(th)）——?jiǎng)倓偖a(chǎn)生溝道所需的柵—源電壓UGS。

N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：

uGS

＜UGS(th)

，管子截止，

uGS

＞UGS(th)

，管子導(dǎo)通。

uGS

越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。

②漏源電壓uDS對(duì)漏極電流id的控制作用當(dāng)uGS＞UGS(th)，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的影響。（設(shè)UGS(th)=2V，uGS=4V）

（a）uDS=0時(shí)，iD=0。（b）uDS

↑→iD↑；同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當(dāng)uDS增加到使uGD＝uGS－uDS＝UGS(th)時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（d）uDS再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，uDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，iD基本不變。MOSFET工作原理動(dòng)畫演示（3）特性曲線（與結(jié)型場效應(yīng)管類似）

四個(gè)區(qū)：（a）可變電阻區(qū)(預(yù)夾斷前)。

①輸出特性曲線：（b）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。

（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線：恒流區(qū)，曲線近似為一條，電流方程如下：N溝道增強(qiáng)型MOS管正常工作時(shí)，uGS>0。2.N溝道耗盡型MOS管特點(diǎn)：當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝道，加入uDS，就有iD。當(dāng)uGS＞0時(shí)，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。當(dāng)uGS＜0時(shí)，溝道變窄，iD減小。在柵極下方的SiO