01半导体器件

1、第 1 章 半导体器件 第第1节节 半导体的导电特性半导体的导电特性 半导体半导体它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、 硒及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。硒及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。 半导体的导电特性主要表现在其导电能力在不同条件下具有很半导体的导电特性主要表现在其导电能力在不同条件下具有很 大的差别：大的差别： （1）有的半导体对温度的反映特别灵敏。环境温度增高时，）有的半导体对温度的反映特别灵敏。环境温度增高时， 其导电能力要增强很多。其导电能力要增强很多。 （2）有的半导体对光照的反映特别灵敏，当受到光照时，其）有

2、的半导体对光照的反映特别灵敏，当受到光照时，其 导电能力要增强很多；当不受到光照时，又变得象绝缘体那样不导导电能力要增强很多；当不受到光照时，又变得象绝缘体那样不导 电。电。 （3）如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质，其导电能）如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质，其导电能 力要增强很多。力要增强很多。 半导体的导电特性，在不同条件下具有很大的差别，是由其内半导体的导电特性，在不同条件下具有很大的差别，是由其内 部结构的特殊性所决定的。部结构的特殊性所决定的。 1 本征半导体本征半导体 目前最常用的半导体材料是硅和锗，它们的原子最外目前最常用的半导体材料是硅和锗，它们的原子最外 层都有四

3、个价电子，都是四价元素。将硅和锗提纯（取掉层都有四个价电子，都是四价元素。将硅和锗提纯（取掉 无用杂质）并形成单晶体，即本征半导体。无用杂质）并形成单晶体，即本征半导体。 GeSi 在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子相结合。结合方在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子相结合。结合方 法是，每一个原子的一个价电子与相邻的另外一个原子的一个价电子组成一个电法是，每一个原子的一个价电子与相邻的另外一个原子的一个价电子组成一个电 子对，称为共价键。由于共价键的形成，每一个原子的最外层实际上相当于有子对，称为共价键。由于共价键的形成，每一个原子的最外层实际上相当于有8 个

4、价电子，在通常情况下，这个价电子，在通常情况下，这8个价电子处于相对稳定的状态，但在获得一定能个价电子处于相对稳定的状态，但在获得一定能 量后（温度升高或受光照）即可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。量后（温度升高或受光照）即可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。 Si SiSi Si 共价键 在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留 下一个空位，称为空穴。这时原子核带正电，也可以认为原子中出下一个空位，称为空穴。这时原子核带正电，也可以认为原子中出 现了带正电的空穴。现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，带正

5、电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子， 来填补空穴。来填补空穴。 Si SiSi Si 自由电子 空穴 新的空穴又要吸引相邻新的空穴又要吸引相邻 的共价键中的价电子，来填的共价键中的价电子，来填 补空穴。如此继续下去，就补空穴。如此继续下去，就 好象带正电的空穴在运动。好象带正电的空穴在运动。 Si SiSi Si （1）半导体中存在自由电子和空穴两种载流子。本征半导体）半导体中存在自由电子和空穴两种载流子。本征半导体 中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复合。在一定条中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复合。在一定条 件下（温度下）载流子的产生和复合达到动态平衡，于是载流子便

6、件下（温度下）载流子的产生和复合达到动态平衡，于是载流子便 维持一定数目。温度越高或受光照越强，载流子数目越多，半导体维持一定数目。温度越高或受光照越强，载流子数目越多，半导体 的导电性能也就越好，所以温度或光照对半导体的导电性能影响很的导电性能也就越好，所以温度或光照对半导体的导电性能影响很 大。大。 （2）当半导体两端加上电压后，半导体中将出现两部分电流。）当半导体两端加上电压后，半导体中将出现两部分电流。 一部分是自由电子作定向运动所形成的电子电流，另一部分是价电一部分是自由电子作定向运动所形成的电子电流，另一部分是价电 子或自由电子填补空穴所形成的空穴电流。在半导体中，同时存在子或自由

7、电子填补空穴所形成的空穴电流。在半导体中，同时存在 着电子导电和空穴导电，这是半导体的最大特点，也是半导体和导着电子导电和空穴导电，这是半导体的最大特点，也是半导体和导 体导电的本质区别。体导电的本质区别。 结结 论论 2 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但 由于数量极少，所以导电能力很低。如果在本征半导体中由于数量极少，所以导电能力很低。如果在本征半导体中 掺入微量的某种杂质（某种元素），将使掺杂后的半导体掺入微量的某种杂质（某种元素），将使掺杂后的半导体 （杂质半导体）的导电能力大大增强。由

8、于掺入的杂质不（杂质半导体）的导电能力大大增强。由于掺入的杂质不 同，杂质半导体可分为两类。同，杂质半导体可分为两类。 电子半导体（电子半导体（N(negative)型半导体）型半导体） 空穴半导体（空穴半导体（P(positive)型半导体）型半导体） 杂质半导体杂质半导体 Si SiP+ Si N型半导体是在硅或锗的晶体中掺入磷（或其它五价元素）。磷原子的最外型半导体是在硅或锗的晶体中掺入磷（或其它五价元素）。磷原子的最外 层有五个价电子，是五价元素。由于掺入硅或锗晶体中的磷原子数比硅或锗的原层有五个价电子，是五价元素。由于掺入硅或锗晶体中的磷原子数比硅或锗的原 子数少得多，因此整个晶体结

9、构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被磷原子所子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被磷原子所 取代。磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个价电子很容易挣取代。磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个价电子很容易挣 脱原子核的束缚而成为自由电子，这时磷原子核带正电。这种半导体中自由电子脱原子核的束缚而成为自由电子，这时磷原子核带正电。这种半导体中自由电子 数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中，数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中， 自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。自由电子是多

10、数载流子，而空穴是少数载流子。 P 多多 余余 电电 子子 N型半导体型半导体 P型半导体是在硅或锗的晶体中掺入硼（或其它三价元素）。硼原子的最外型半导体是在硅或锗的晶体中掺入硼（或其它三价元素）。硼原子的最外 层有三个价电子，是三价元素。由于掺入硅或锗晶体中的硼原子数比硅或锗的原层有三个价电子，是三价元素。由于掺入硅或锗晶体中的硼原子数比硅或锗的原 子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被硼原子所子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被硼原子所 取代。硼原子在参加共价键结构时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴，假若取代。硼原子在参加共价键结构时，将

11、因缺少一个价电子而形成一个空穴，假若 认为空穴带正电，那么就认为硼原子核带负电。这种半导体中空穴数目大量增加，认为空穴带正电，那么就认为硼原子核带负电。这种半导体中空穴数目大量增加， 空穴导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中，空穴是多数载流子，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中，空穴是多数载流子， 而自由电子是少数载流子。而自由电子是少数载流子。 B 空空 穴穴 Si SiB- Si P型半导体型半导体 注意注意 不论不论 N型半导体还是型半导体还是P型半导体，型半导体， 虽然它们都有一种载流子占多数，但虽然它们都有一种载流子占多数，但 整个晶体结构都是不带电的。

12、整个晶体结构都是不带电的。 第第2节节 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 P型半导体或型半导体或N型半导体的导电能型半导体的导电能 力虽然比本征半导体的导电能力大大力虽然比本征半导体的导电能力大大 增强，但并不能直接用来制造半导体增强，但并不能直接用来制造半导体 器件。通常是在一块晶片上，采取一器件。通常是在一块晶片上，采取一 定的掺杂工艺措施，在晶片两边分别定的掺杂工艺措施，在晶片两边分别 形成形成P型半导体和型半导体和N型半导体，那么它型半导体，那么它 们的交接面就形成了们的交接面就形成了PN结。结。PN结才是结才是 构成各种半导体器件的基础。构成各种半导体器件的基础。 1 PN结的形

13、成结的形成 P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 假设在一块晶片两边分别形成假设在一块晶片两边分别形成P型型 和和N型半导体，则首先在交接面附型半导体，则首先在交接面附 近形成多数载流子的扩散运动近形成多数载流子的扩散运动 P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 正负空间电荷区正负空间电荷区 内电场内电场 多数载流子扩散的结果形成正负空多数载流子扩散的结果形成正负空 间电荷区，并产生内电场。

14、间电荷区，并产生内电场。 由于内电场的作用，又形成了少数由于内电场的作用，又形成了少数 载流子的漂移运动。载流子的漂移运动。 P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 正负空间电荷区正负空间电荷区 内电场内电场 当扩散和漂移达到动态平衡后，交当扩散和漂移达到动态平衡后，交 界面处形成稳定的正负空间电荷区界面处形成稳定的正负空间电荷区 和稳定的内电场，此即和稳定的内电场，此即PN结结 PN结的结的 单向导电单向导电 性性 外电场外电场 内电场内电场 P区区N区区 R I + - 当当PN结加正向电

15、压时：外电场和内电场方向相结加正向电压时：外电场和内电场方向相 反，内电场被消弱，反，内电场被消弱，PN结变窄，其电阻率变得结变窄，其电阻率变得 很小，很小，PN结导通，因此形成较大的正向电流。结导通，因此形成较大的正向电流。 外电场外电场 内电场内电场 P区区N区区 R - + I 0 当当PN结加反向电压时：外电场和内电场方向结加反向电压时：外电场和内电场方向 相同，内电场被增强，相同，内电场被增强，PN结变宽，其电阻率结变宽，其电阻率 变得很大，变得很大，PN结截止，因此反向电流很小。结截止，因此反向电流很小。 结论结论 PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。 当当PN结加正向电压时，

16、结加正向电压时，PN结电结电 阻很低，正向电流较大，阻很低，正向电流较大，PN结处于结处于 导通状态。导通状态。 当当PN结加反向电压时，结加反向电压时，PN结电结电 阻很高，反向电流很小，阻很高，反向电流很小，PN结处于结处于 截止状态。截止状态。 第第3节节 二极管二极管(diode) 1 基本结构基本结构 将将PNPN结加上电极引线和管壳，就成为了半导体二极管。结加上电极引线和管壳，就成为了半导体二极管。 P P N N + - 阳极阳极 阴极阴极 图形符号图形符号文字符号文字符号D D 按结构来分，半导体二极管按结构来分，半导体二极管 点接触型点接触型 面接触型面接触型 点接触型点接触

17、型一般为锗管，它的一般为锗管，它的 PN结结面积很小结结面积很小 （结电容小），适用于小电流高频电路工作，也用于数字（结电容小），适用于小电流高频电路工作，也用于数字 电路中的开关元件。电路中的开关元件。 面接触型面接触型一般为硅管，它的一般为硅管，它的 PN结结面积大（结结结面积大（结 电容大），可以通过较大电流，工作频率较低，适用于整电容大），可以通过较大电流，工作频率较低，适用于整 流电路。流电路。 半导体二极管实际上是一个半导体二极管实际上是一个PNPN结，具有结，具有 单向导电性、非线性和温度敏感特性。单向导电性、非线性和温度敏感特性。 2 伏安特性伏安特性 温度温度 增高时增高时

18、死区电压死区电压Uth ： 硅管约为硅管约为0.5V， 锗管约为锗管约为0.2V。 正向导通电压正向导通电压UF： 硅管约为硅管约为0.60.7V， 锗管约锗管约0.20.3V。 反向击穿电压反向击穿电压UBR UD/V ID/mA 3 主要参数主要参数 二极管的主要参数包括：正向导通电压、最大整二极管的主要参数包括：正向导通电压、最大整 流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电 流、最高工作频率和结电容等。流、最高工作频率和结电容等。 参考教材，自学！参考教材，自学！ 4 二极管的等效电路二极管的等效电路 ID UD ID UD 硅管： U

19、F=0.7V ID UD 硅管： Uth=0.5V + UD - ID 理想模型 + UD - ID UF 恒压降模型 + UD - ID Uth rD 折线模型 适用于正向电压 较大的情况 适用于正向电流 较大的情况 + u - i d r 二极管的小信号模型 ID/mA UD/V UF IF Q u i F F I U R D 直流电阻： i u r d 交流电阻： 5 二极管的应用二极管的应用 二极管的应用范围很广，利用它的单向导电二极管的应用范围很广，利用它的单向导电 性，可组成整流、检波、限幅、嵌位等电路。还性，可组成整流、检波、限幅、嵌位等电路。还 可构成其它元件或电路的保护电路，

20、以及在数字可构成其它元件或电路的保护电路，以及在数字 电路中作为开关元件等。电路中作为开关元件等。 在作电路分析时，一般将二极管视为理想元在作电路分析时，一般将二极管视为理想元 件（取理想模型），认为正向电阻为零，正向导件（取理想模型），认为正向电阻为零，正向导 通时为短路特性，正向电压忽略不计；反向电阻通时为短路特性，正向电压忽略不计；反向电阻 为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流 忽略不计。忽略不计。 R R D Duiuo i 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 ui t 例例1 1：图示电路：图示电路, , 已知已知ui=1

21、0sin t V， 画出画出u uo o的波形。的波形。 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 uo t R R D D + + - - uiuo Us i 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 uo t 例例2 2：图示电路：图示电路, , 已知已知ui=10sin t V, ,Us=5V, , 画出画出u uo o的波形。的波形。0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 ui t R R D D + + - - uiuo Us i 例例3 3：图示电路：图示电路, , 已知已知ui=10sin t V, ,Us=5V, , 画出画出u uo o的波形。的波形

22、。 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 uo t 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 ui t R R D D - - + + uiuo Us i 例例4 4：图示电路：图示电路, , 已知已知ui=10sin t V, ,Us=5V, , 画出画出u uo o的波形。的波形。 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 uo t 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 ui t R R D D1 1D D2 2 + + - -+ + - -uiuo Us1Us2 i 0 0 1010 5 5 -5-5 -10-10 ui t 0 0 1010 5

23、5 -5-5 -10-10 uo t 例例5 5：图示为一正负对称限幅电路，：图示为一正负对称限幅电路， 已知已知ui=10sin t V，Us1=Us2=5V， 画出画出u uo o的波形。的波形。 （1 1）当当|ui|5V时，时，D D1 1处于正向偏置而导通，所以处于正向偏置而导通，所以uo=5V。 （3) 3) uiIB （3）IB虽然很小，但对虽然很小，但对IC有控制作用，即有控制作用，即IB变大时，变大时，IC也也 跟着变大；跟着变大；IB的较小变化将会引起的较小变化将会引起IC的较大变化。这就是的较大变化。这就是 晶体管的电流放大作用。晶体管的电流放大作用。 实验数据：改变实验

24、数据：改变RB ，测量，测量IB、IC、IE。 IB/mA00.020.040.060.08 IC /mA0.0011.002.504.005.50 IE /mA0.0011.022.544.065.58 5 .62 04. 0 50. 2 1 B C I I 7 .66 06. 0 00. 4 2 B C I I 75 04. 006. 0 50. 200. 4 1 B C I I 75 06. 008. 0 00. 450. 5 2 B C I I 实验数据：改变实验数据：改变RB ，测量，测量IB、IC、IE。 IB/mA00.020.040.060.08 IC /mA0.0011.00

25、2.504.005.50 IE /mAVBVE, 发射结处于正向偏置，集电结处于发射结处于正向偏置，集电结处于 反向偏置。反向偏置。 B E C T IC(mA) 1 2 3 4 UCE(V) 36912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 截止区：截止区：IB=0, IC0， 为了可靠截止，一般为了可靠截止，一般UBEVEVB, 这时发射结和集电结都处于反向偏置。这时发射结和集电结都处于反向偏置。 B E C T IC(mA) 1 2 3 4 UCE(V) 36912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 饱和区：饱和区： IBIC， 这时这

26、时UCE0.3V， UCE VCVE, 这时发射结和集电结都处于正向偏置。这时发射结和集电结都处于正向偏置。 B E C T UCC B E C T IB IC + U1 - RC RB 状态？问晶体管处于何种工作 时，、分别等于当 ：已知例 V1V1V3 ,25,k10,k3,V61 1 BCCC U RRU mA)(2 3 6 C CC Cmax R U I ，晶体管饱和。 ）（ maxB B BE1 B mA75. 5 A)(230 10 7 . 03 1 C II R UU I ，晶体管放大。 ，）（ maxB B BE1 B mA75. 0 A30 10 7 . 01 2 C II

27、R UU I 晶体管可靠截止。 时，）（V13 1 U （1 1）电流放大系数）电流放大系数 B C I I B C I I 由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在输由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在输 出特性曲线的放大区，才可以认为出特性曲线的放大区，才可以认为 是基本恒定的。是基本恒定的。 由于由于 制造工艺的分散性，即使是同一型号的管子，制造工艺的分散性，即使是同一型号的管子， 值值也有很也有很 大差异。常用的三极管的大差异。常用的三极管的 值在值在20100之间。之间。 4 主要参数主要参数 （2 2）集）集基极间基极间 反向截止电流反向截止电流ICBO （3 3）集）集-

28、 -射极间射极间 反向截止电流反向截止电流ICEO ICBO A ICEO A CBO CBOCBOCEO )1 (I III 集电极电流集电极电流IC超过一定值时会导致超过一定值时会导致 值的下降。当值的下降。当 值下降到值下降到 正常值三分之二时的集电极电流，即正常值三分之二时的集电极电流，即ICM。在使用三极管时，。在使用三极管时， IC超超 过过ICM并不一定会使管子损坏，但以降低并不一定会使管子损坏，但以降低 值为代价。值为代价。 当基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压，当基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压， 称为集称为集射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(

29、BR)CEO。当集。当集射极电压射极电压UCE大于大于 U(BR)CEO时，时，ICEO突然大幅度上升，说明管子已被击穿。突然大幅度上升，说明管子已被击穿。 （4 4）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM （5 5）集）集射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO （6 6）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM IC UCE PCM=UCEIC ICM U(BR)CEO 安安 全全 工工 作作 区区 实例实例自动关灯电路（用于走廊或楼道照明）自动关灯电路（用于走廊或楼道照明） =RC=5k 2000 F=0.01s，电容，电容C快速充电缓慢放电。快速充电缓慢放电。

30、 C D KA EL SB +6V 220V T R + - 第第6节节 场效应晶体管场效应晶体管 场效应管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端场效应管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端 电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻 很高，可高达很高，可高达1091014。 场效应晶体管，简称场效应管，其外形与晶体管相似，场效应晶体管，简称场效应管，其外形与晶体管相似， 但二者控制特性却截然不同。但二者控制特性却截然不同。 晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集 电极

31、电流或发射极电流的目的，信号源必须提供一定的电流电极电流或发射极电流的目的，信号源必须提供一定的电流 才能工作，它的输入电阻低，约为才能工作，它的输入电阻低，约为102104。 场效应管场效应管 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 增强型增强型 耗尽型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道 N沟道沟道 P沟道沟道 场效应管的分类：场效应管的分类： （1）结构示意图）结构示意图 1 增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管 N沟道沟道 N+N+ P型硅衬底型硅衬底 源极源极 S 漏极漏极 D 栅极栅极 G SiO2绝缘层绝缘层P沟道沟道 P+P+ N型硅衬底型硅衬底 源极源极 S 漏

32、极漏极 D 栅极栅极 G SiO2绝缘层绝缘层 N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG +- UGS UDS +- 当当UGS=0时时 相当于两个相当于两个 反接的反接的PNPN结结 ID=0 （2）工作原理）工作原理 （以（以N沟道为例说明）沟道为例说明） N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG +- UGS UDS +- ID 产生垂直于衬产生垂直于衬 底表面的电场底表面的电场 电场吸引衬底中电场吸引衬底中 自由电子到达表层自由电子到达表层 同时自由电子填补空穴同时自由电子填补空穴 形成负空间电荷区形成负空间电荷区 也叫耗尽层也叫耗尽层 当当UGS0时时 最终由自由电子形成最终由自由电子形成N

33、沟道：沟道： 其沟通源区与漏区其沟通源区与漏区 并与衬底间被耗尽层绝缘并与衬底间被耗尽层绝缘 N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG +- UGS UDS +- ID UGS越大，电场越越大，电场越 强，沟道越宽，沟强，沟道越宽，沟 道等效电阻越小。道等效电阻越小。 导电沟道形成后，导电沟道形成后， UDS越大，越大，ID越大。越大。 开启电压： 当UGSUGS(th)时， 导电沟道已形成， 随着UGS的增大， ID也增大。 （3）特性曲线）特性曲线 常数 转移特性曲线： DS UGSD UfI| )( ID UGS O UGS(th) 无沟道无沟道有沟道有沟道 常数 输出特性曲线： GS UD

34、SD UfI| )( ID UDS UGS=1V 2V 3V 4V 2 耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管 （1）结构特点（以）结构特点（以 N沟道为例）沟道为例） N+N+ P型硅衬底型硅衬底 源极源极 S 漏极漏极 D 栅极栅极 G SiO2绝缘层绝缘层 在制造管子时，即在制造管子时，即 在在SiO2绝缘层绝缘层中掺入大量中掺入大量 正离子，因而在两个正离子，因而在两个 N+ 区之间感应出许多电子，区之间感应出许多电子， 形成原始导电沟道。形成原始导电沟道。 （2）工作特点）工作特点 UDS +- ID N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG 由于有原始导电由于有原始导电 沟道的存在，

35、当沟道的存在，当 UGS=0时，在时，在UDS 的作用下，也会的作用下，也会 有电流有电流ID。 N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG +- UGS UDS +- ID 当当UGS0时，时，UGS 越大，导电沟道越大，导电沟道 越宽，等效电阻越宽，等效电阻 越小，在同样的越小，在同样的 UDS作用下，作用下，ID也也 就越大。就越大。 N+N+ P型硅衬底型硅衬底 SDG -+ UGS UDS +- ID 当当UGS0时，时，UGS 负值越大，导电负值越大，导电 沟道越窄，等效沟道越窄，等效 电阻越大，在同电阻越大，在同 样的样的UDS作用下，作用下， ID也就越小。也就越小。 当当UGS小于

36、某一负小于某一负 值时，导电沟道值时，导电沟道 被夹断，这时不被夹断，这时不 管管UDS为多大，都为多大，都 有有ID=0。 （3）特性曲线）特性曲线 常数 转移特性曲线： DS UGSD UfI| )( 夹断电压： 当UGSUGS(off)时， 随着UGS的增大， ID也增大。 ID UGS 无沟道无沟道有沟道有沟道 IDSS 漏极饱和电流 UGS(off) 常数 输出特性曲线： GS UDSD UfI| )( ID UDS UGS=-2V -1V 0V 1V 3 电路符号电路符号 G S D N沟道增强型沟道增强型 G S D P沟道耗尽型沟道耗尽型 G S D N沟道耗尽型沟道耗尽型 G

37、 S D P沟道增强型沟道增强型 4 主要参数主要参数 参数参数符号符号 漏极饱和电流漏极饱和电流IDSS ( V) 栅源夹断电压栅源夹断电压UGS(off) (V) 开启电压开启电压UGS(th) (V) 栅源绝缘电阻（输入电阻）栅源绝缘电阻（输入电阻） RGS ( ) 共源小信号低频跨导共源小信号低频跨导gm ( A/V) 最高漏源电压最高漏源电压UDS(BR) (V) 最高栅源电压最高栅源电压UGS(BR) (V) 最大耗散功率最大耗散功率PDM (mV) PD= UDSID 共源小信号低频跨导：共源小信号低频跨导：gm ( A/V、 mA/V) 常数 DS U GS D m U I g

38、 gm表征场效应管表征场效应管UGS对对ID控制能力的大小，控制能力的大小， 也表明场效应管是电压控制元件。也表明场效应管是电压控制元件。 特别说明特别说明 晶体管晶体管场效应管场效应管 类型类型NPN型或型或PNP型型N沟道或沟道或P沟道沟道 载流子载流子 （电子、空穴）（电子、空穴） 两种载流子两种载流子 同时参与导电同时参与导电 只有一种载流子只有一种载流子 参与导电参与导电 控制方式控制方式电流控制电流控制电压控制电压控制 放大参数放大参数 =20100gm= 15 (mA/V) 输入电阻输入电阻rbe=102104rgs=1071014 输出电阻输出电阻rce很高很高rds很高很高 热稳定性热稳定性差差好好 制造工艺制造工艺较复杂较复杂简单、成本低简单、成本低 对应极对应极基极基极栅极、发射极栅极、发射极源极、集电极源极、集电极漏极漏极 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较 第第7节节 光电器件光电器件（自学！）（自学！） 利用光和电子相互作用制成的半导体器件统称为光电器件。半导体光电器件利用光和电子相互作用制成的半导体器件统称为光电器件。半导体光电器件 发展迅速，在测量、控制、显示及通信等领域获得了广泛的应用。发展迅速，在测量、控