模拟电子技术第1章常用半导体器件ppt课件

1、 第一章 半导体器件根底1.1 1.1 半导体的根本知识半导体的根本知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管及模型半导体三极管及模型1.4 1.4 场效应管场效应管1.1 1.1 半导体的根本知识半导体的根本知识 在物理学中。根据资料的导电才干，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。四个电子称为价电子。 本征半导体的共价键构造束缚电子束缚电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，

2、时，一切的价电子都被共价键一切的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不会成为自在电子，因此本会成为自在电子，因此本征半导体的导电才干很弱征半导体的导电才干很弱，接近绝缘体。，接近绝缘体。一. 本征半导体 本征半导体化学成分纯真的半导体晶体。制造半导体器件的半导体资料的纯度要到达99.9999999%，常称为“九个9。 这一景象称为本征激发，也称热激发。 当温度升高或遭到当温度升高或遭到光的照射时，束缚光的照射时，束缚电子能量增高，有电子能量增高，有的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原子核的束缚，而参子核的束缚，而参与导电，成为自在与导电，成为自在电子。电子。自在电子自在电子+

3、4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自在电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。 可见本征激发同时产生电子空穴对。 外加能量越高温度越高，产生的电子空穴对越多。与本征激发相反的与本征激发相反的景象景象复合复合在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激发和复合同时进展，到发和复合同时进展，到达动态平衡。电子空穴达动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm104 . 1锗：锗：313cm105 . 2自在电子自在电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对自在电子自在电

4、子 带负电荷带负电荷 电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自在电子自在电子E总电流总电流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制二二. . 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。1. N1. N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。 N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+

5、4+4+5多数载流子多数载流子自在电子自在电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自在电子自在电子电子空穴对电子空穴对 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自在电子自在电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2. P2. P型半导体型半导体杂质半导体的表示图杂质半导体的表示图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与

6、温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关内电场E因多子浓度差因多子浓度差构成内电场构成内电场多子的分散多子的分散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子分散，促使少子漂移。阻止多子分散，促使少子漂移。PNPN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子分散电流多子分散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三. PN. PN结及其单导游电性结及其单导游电性 1 . PN结的构成 动画演示少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子分散多子分散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子分散电流多子分散

7、电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡： 分散电流分散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V2. PN结的单导游电性结的单导游电性(1) 加正向电压正偏加正向电压正偏电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 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。 外电场减弱内电场外电场减弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄 分散运动漂移运动分散运动漂移运动多子分散构成正向电流多子分散构成正向电流I F+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 (2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区

8、，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向一样。外电场的方向与内电场方向一样。 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 漂移运动分散运动漂移运动分散运动少子漂移构成反向电流少子漂移构成反向电流I R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN 在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR根本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。 PN PN结加正向电压时，具有较大的正结加正向电压时，具有较大的正向分散电流，呈现低电阻，向分散电流，呈现低电阻， PNPN结导通；结导通； PNPN结加反向电压时，具有很小的反结加反向电压时，具有很小的反向漂

9、移电流，呈现高电阻，向漂移电流，呈现高电阻， PNPN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单导结具有单导游电性。游电性。3. PN结的伏安特性曲线及表达式结的伏安特性曲线及表达式 根据实际推导，PN结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF多子分散多子分散IR少子漂移少子漂移反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆) 1(eTSUuIi 根据实际分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT =kT/q 称为温度的电压当

10、量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于室温相当对于室温相当T=300 K那么有那么有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时1eTUuTeSUuIi 当当 u|U T |时时1eTUuSIi1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管 = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线NP构造构造符号符号阳极阳极+阴极阴极- 二极管按构造分三大类：二极管按构造分三大类：(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。N型 锗正 极 引 线负 极

11、 引 线外 壳金 属 触 丝(3) 平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管

12、。为开关管。代表器件的资料，代表器件的资料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。 一 、半导体二极管的VA特性曲线 硅：0.5 V 锗： 0.1 V(1) 正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2) 反向特性反向特性死区死区电压电压iu0击穿电压击穿电压UBRUBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V二二. 二极管的主要参数二极管的主要参数 (1) 最大整流电流IF二极管长期延续工二极管长期延续工作时，允许经过二作时，允许经过二极管的最大

13、整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流急剧添加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。 (3) 反向电流IR 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流普通在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。二极管的简易测试二极管的简易测试 用万用表用万用表R100或或R1K测试：测试： 将万用表的红黑表笔分别接二极管两端，将万用表的红黑表笔分别接二极管两端，假设测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得假设测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得电阻值大，那么阐明二极管完好且阻值小的那电阻值大，那么阐明二极管完好且阻值小的那次

14、丈量中导通万用表黑表笔所连那端为正次丈量中导通万用表黑表笔所连那端为正极阳极，红表笔所连为二极管负极阴极阳极，红表笔所连为二极管负极阴极；极； 假设两次丈量阻值都很小，那么管子短路；都假设两次丈量阻值都很小，那么管子短路；都很大时那么管子断路，此两种情况管子都已损很大时那么管子断路，此两种情况管子都已损坏。坏。 四四 二极管运用本卷须知二极管运用本卷须知1、二极管应按照用途、参数及运用环境选、二极管应按照用途、参数及运用环境选择；择；2、运用二极管留意极性，二极管接受的电、运用二极管留意极性，二极管接受的电流电压等不能超越手册规定极限值；流电压等不能超越手册规定极限值；3、焊接二极管时用的电烙

15、铁运用、焊接二极管时用的电烙铁运用35W以下以下的，焊接要迅速，且至少离外壳端面的，焊接要迅速，且至少离外壳端面2mm当稳压二极管任务在当稳压二极管任务在反向击穿形状下反向击穿形状下,任务任务电流电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其其两端电压近似为常数两端电压近似为常数稳定稳定电压电压五五. 特殊二极管特殊二极管 1稳压二极管：运用在反向击穿区的特殊二极管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻 稳压二极管的主要 参数 (1) 稳定电压UZ (2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向

16、任务电流IZ下，所对应的反向任务电压。 rZ =U /I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 (3) 最小稳定任务 电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，假设IZIZmin那么不能稳压。 (4) 最大稳定任务电流IZmax 超越Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。iuUZIUIzminIzmax2发光二极管发光二极管1普通发光二极管普通发光二极管2红外线发光二极管红外线发光二极管3激光发光二极管激光发光二极管3 光电二极管光电二极管 4变容二极管 1.3 半导体三极管及模型 半导体三极管，也叫晶体三极管。由半导体三极管，也叫晶体三极管。由于任务时，多数载流子和少数载流子都于任务时，多数

17、载流子和少数载流子都参与运转，因此，还被称为双极型晶体参与运转，因此，还被称为双极型晶体管管Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT。 BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。一一.BJT.BJT的构造的构造NPN型PNP型符号符号:-bce-ebc 三极管的构造特点三极管的构造特点:1发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。2基区要制造得很薄且浓度很低。基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极二. BJT的分类1按构造分：按构

18、造分：NPN管和管和PNP管；管；2按制造资料分：硅管和锗管；按制造资料分：硅管和锗管；3按任务频率分：高频管和低频管；按任务频率分：高频管和低频管；4按功率大小分：大、中、小功率管；按功率大小分：大、中、小功率管；5按任务形状分：放大管和开关管按任务形状分：放大管和开关管三三 BJT的内部任务原理的内部任务原理NPN管管 三极管在任务时要三极管在任务时要加上适当的直流偏加上适当的直流偏置电压。置电压。假设在放大任务形假设在放大任务形状：状：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、 VBB保保证证UCB=UCE - UBE 0NNPB

19、BVCCVRbRCebc共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 1由于发射结正偏，所由于发射结正偏，所以发射区向基区注入电子以发射区向基区注入电子 ，构成了分散电流构成了分散电流IEN 。同时。同时从基区向发射区也有空穴的从基区向发射区也有空穴的分散运动，构成的电流为分散运动，构成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。但其数量小，可忽略。 所以所以发射极电流发射极电流I E I EN 。 2发射区的电子发射区的电子注入基区后，变成了注入基区后，变成了少数载流子。少部分少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，遇到的空穴复合掉，构成构成IBN。所以基极电。所以基极电流流I B I BN 。大部分。大

20、部分到达了集电区的边缘。到达了集电区的边缘。1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI3由于集电结由于集电结反偏，搜集分散到反偏，搜集分散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，构成电流构成电流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集电结区另外，集电结区的少子构成漂移的少子构成漂移电流电流ICBO。2电流分配关系电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定义：定义：ECNII ECBOECI

21、III(1)IC(1)IC与与I EI E之间的关系之间的关系: :所以所以: :ECII其值的大小约为其值的大小约为0.90.99。 (2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI联立以下两式：联立以下两式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以：所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令：令：CBOCEO11II BI四四. BJT. BJT的特性曲线共发射极接法的特性曲线共发射极接法(1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)iB=f(uBE)

22、 uCE=constuCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci1uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3uCE 1V再添加时，曲线右移很不明显。再添加时，曲线右移很不明显。2当当uCE=1V时，时， 集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，所以基区集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，所以基区复合减少，复合减少， 在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右略微挪动一减小。特性曲线将向右略微挪动一些。些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.

23、7V锗锗 0.3V (2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const 现以现以iB=60uA一条加以阐明。一条加以阐明。 1当当uCE=0 V时，因集电极无搜集作用，时，因集电极无搜集作用，iC=0。2 uCE Ic 。 3 当当uCE 1V后，后，搜集电子的才干足够强。搜集电子的才干足够强。这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电子都被集电极搜集，构子都被集电极搜集，构成成iC。所以。所以uCE再添加，再添加，iC根本坚持不变。根本坚持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80u

24、AI=100uAIB 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。 此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的的曲线的下方。下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线根本平行曲线根本平行等等 距。距。 此时，此时，发发 射结正偏，射结正偏，集电集电 结反偏。结反偏。 该区中有：该区中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=

25、60uABI=80uABI=100uA饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区五五. BJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数2 2共基极电流放大系数：共基极电流放大系数： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi普通取普通取20200之间之间2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii1 1共发射极电流放大系数：共发射极电流放大系数： 2.极间反向电流极间反向电流 2集电极发射极间的穿集电极发射极间的穿透电流透电流

26、ICEO 基极开路时，集电极到基极开路时，集电极到发射极间的电流发射极间的电流穿透穿透电流电流 。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 1集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实践上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。 锗管：I CBO为微安数量级， 硅管：I CBO为纳安数量级。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.极限参数 Ic添加时，添加时， 要下降。当要下降。当值下值下降到线性放大区降到线性放大区值的值的70时，所时，所对应的集电极电流称为集电极最大对应的集电极电流称为集电极最大允许电流允许电流ICM。1集电极最

27、大允许电流集电极最大允许电流ICM2集电极最大允集电极最大允许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流经过集电极电流经过集电结时所产生的集电结时所产生的功耗，功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM 3反向击穿电压 BJT有两个有两个PN结，其反向击穿电压有以下几结，其反向击穿电压有以下几种：种： UBREBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值普通几伏十几伏。 UBRCBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值普通为几十伏几百伏。 UBRCEO基极基极开路时

28、，集电极与发射极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。之间允许的最大反向电压。 在实践运用时，还有在实践运用时，还有UBRCER、UBRCES等击穿电压。等击穿电压。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 六. 三极管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非线性器件非线性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止形状截止形状ecb放大形状放大形状

29、UDIBICIBecb发射结导通压降发射结导通压降UD硅管硅管0.7V锗管锗管0.3V饱和形状饱和形状ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型二二. BJT电路的分析方法直流电路的分析方法直流1. 模型分析法近似估算法模型分析法近似估算法(模拟模拟p5859)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射电路如图，知三极管为硅管，例：共射电路如图，知三极管为硅管，=40，试求，试求电路中的直流量电路中的直流量IB、 IC 、UBE 、U

30、CE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：设三极管任务在放大形状，用放大模型替代三极管。解：设三极管任务在放大形状，用放大模型替代三极管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7 . 06(bBEBBBRUVI mA6 . 1A4040BCII V6 . 546 . 112CCCCCERIVU 2. 图解法图解法 模拟模拟(p5456)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分非线性部分线性部分线性部分i

31、C=f(uCE) iB=40ACCCCCERiVuM(VCC,0)(12 , 0)(0 , 3), 0(CCCRVNiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI =40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线直流负载线斜率：斜率：CCCCCC1RVRVtgKUCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流任务点任务点Q 半导体三极管的型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、

32、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示资料用字母表示资料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B 1.4 场效应管 BJT是一种电流控制元件是一种电流控制元件(iB iC)，任务时，多数，任务时，多数载流子和少数载流子都参与运转，所以被称为双极载流子和少数载流子都参与运转，所以被称为双极型器件。型器件。加强型加强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟

33、道沟道N沟道沟道P沟道沟道FET分类：分类： 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应管场效应管Field Effect Transistor简称简称FET是一种是一种电压控制器件电压控制器件(uGS iD) ，任务时，只需一种载流子，任务时，只需一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。参与导电，因此它是单极型器件。 FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛运用。入电阻极高等优点，得到了广泛运用。一. 绝缘栅场效应三极管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semicondu

34、ctor FET)，简称简称MOSFET。分为：。分为： 加强型加强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.N沟道加强型沟道加强型MOS管管 1构造构造 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极，栅极G和和 衬底衬底B。-gsdb符号：符号：-N+NP衬底sgdb源极栅极漏极衬底 当uGS0V时纵向电场将接近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。2 2任务原理任务原理 当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在d、s之间加上电压也不会构成电流，即管子截止。 再添加uGS纵向电场将P区少子电子聚集到P区外表构成导电沟道，假设此时加有漏源电压，就可以构成

35、漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制造用的控制造用-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid 定义： 开启电压 UT刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS。 N沟道加强型MOS管的根本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在一样的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。 漏源电压漏源电压uDS对漏极对漏极电流电流id的控制造用的控制造用 当uGSUT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。设UT=2V， uGS=4V auds=0时，时， id=0。buds id； 同时沟道靠漏区变

36、窄。同时沟道靠漏区变窄。c当当uds添加到使添加到使ugd=UT时时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。沟道靠漏区夹断，称为预夹断。duds再添加，预夹断区再添加，预夹断区加长，加长， uds添加的部分根本降添加的部分根本降落在随之加长的夹断沟道上落在随之加长的夹断沟道上， id根本不变。根本不变。-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP衬底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP衬底VN+-P衬底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg3 3特性曲线特性曲线 四个区：a可变电阻区预夹断前。 输出特性曲线：输出特性曲线：iD=f(uDS)uGS=con

37、sti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSb恒流区也称饱和恒流区也称饱和 区预夹断区预夹断 后。后。 c夹断区截止区。夹断区截止区。 d击穿区。击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区 转移特性曲线： iD=f(uGS)uDS=const 可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT 一个重要参数跨导gm： gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS) gm的大小反映了

38、栅源电压对漏极电流的控制造的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。用。 在转移特性曲线上，在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD 2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点： 当当uGS=0时，就有沟时，就有沟道，参与道，参与uDS，就有，就有iD。 当当uGS0时，沟道时，沟道增宽，增宽，iD进一步添进一步添加。加。 当当uGS0时，沟道时，沟道变窄，变窄，iD减小。减小。 在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子曾经感应出反型层，构成了沟道。 定义：定义： 夹断电压夹断电压 UP沟道刚刚消逝所需的栅源电压沟道刚刚消逝所需的栅源电压uGS。-g漏极s+N衬底P衬底