半导体器件教学内容半导体的特性

1、半导体器件教学内容半导体的特性第 1 章 半导体器件半导体器件教学内容半导体的特性教学内容1.1 半导体的特性1.2 半导体二极管1.3 双极型三极管1.4 场效应三极管半导体器件教学内容半导体的特性 教学要求教学要求 本章重点是各器件的特性与模型，特别本章重点是各器件的特性与模型，特别要注意器件模型的适用范围和条件。对于半要注意器件模型的适用范围和条件。对于半导体器件，主要着眼于在电路中的使用，关导体器件，主要着眼于在电路中的使用，关于器件内部的物理过程只要求有一定的了解。于器件内部的物理过程只要求有一定的了解。半导体器件教学内容半导体的特性1.1 半导体的特性半导体的特性导体：自然界中很容

2、易导电的物质称为导体，金属导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。电阻率一般都是导体。电阻率(10(10-6-61010-4-4 cm)cm)绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。电阻率皮、陶瓷、塑料和石英。电阻率(10(101010cmcm以上以上) )半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、质，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。电阻率介于氧化物等。电阻率介于 ( 10( 10-3-310

3、109 9 cm)cm)半导体器件教学内容半导体的特性半导体器件教学内容半导体的特性 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。半导体器件教学内容半导体的特性+4+4+4+4共价键共价键 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。1

4、.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体：纯净的、不含杂质的半导体。本征半导体：纯净的、不含杂质的半导体。半导体器件教学内容半导体的特性1.1.本征半导体导电特性本征半导体导电特性 在绝对在绝对0 0度（度（T T=0K=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时, ,价电子价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动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（即载流子），半导体不能导电。的带电粒子（即载流子），半导体不能导电。 当温度升高时（如在室温下），由于热激发，当温度升高时（如在室温下），由于热激发，使一些价电子获得足够的能量，脱离共价键的束缚使一些价电子获得足够的能量

5、，脱离共价键的束缚成为自由电子。但自由电子数量很少，所以本征半成为自由电子。但自由电子数量很少，所以本征半导体导电能力非常微弱。导体导电能力非常微弱。半导体器件教学内容半导体的特性空穴自由电子束缚电子半导体器件教学内容半导体的特性2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。即自由电子和空穴。+4+4+4+4空穴吸引附近的电子来空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空移动，因此可以认

6、为空穴是载流子。穴是载流子。动画演示动画演示半导体器件教学内容半导体的特性本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1) 1) 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2) 2) 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。半导体与金属导体导电机理的区别： 导体：载流子自由电子导体：载流子自由电子半导体：载流子自由电子和空穴半导体：载流子自由电子和空穴 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。重要的外部因素。半导体器件教学内容

7、半导体的特性1.1.2 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。半导体的导电性能发生显著变化。N 型半导体型半导体(Negative)(Negative)：自由电子浓度大大增加的：自由电子浓度大大增加的 杂质半导体，也称为杂质半导体，也称为 电子型半导体。电子型半导体。P P型半导体型半导体(Positive)(Positive)：空穴浓度大大增加的杂质：空穴浓度大大增加的杂质 半导体，也称为空穴型半导体半导体，也称为空穴型半导体. .半导体器件教学内容半导体的特性1、N 型半导体型半导体+4+4+5+

8、4失去一个电子，形成正离子磷原子在硅或锗晶体中在硅或锗晶体中掺入少量的五价掺入少量的五价元素磷（或锑）元素磷（或锑）多数载流子（多子）自由电子多数载流子（多子）自由电子(主要由掺杂形成主要由掺杂形成)少数载流子（少子）空穴少数载流子（少子）空穴 (本征激发形成本征激发形成)半导体器件教学内容半导体的特性2 2、P 型半导体型半导体+4+4+3+4在硅或锗晶体中掺入在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如少量的三价元素，如硼（或铟）硼（或铟）硼原子夺取一个电子形成负离子多数载流子空穴多数载流子空穴 (主要由掺杂形成主要由掺杂形成)少数载流子自由电子少数载流子自由电子(本征激发形成本征激发形成)半导体

9、器件教学内容半导体的特性3、杂质半导体的示意表示法、杂质半导体的示意表示法在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；而少数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；而少数载流子的浓度主要取决于温度。无论是型或型半导体，从总体上看，于温度。无论是型或型半导体，从总体上看，仍然保持着电中性。仍然保持着电中性。P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体半导体器件教学内容半导体的特性半导体的特点 半导体的导电机理不同于其它物质，所以半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。它具有不同于其它物质的特点。 导电能力受杂质影响很大。导

10、电能力受杂质影响很大。 导电能力受温度、光照影响显著。导电能力受温度、光照影响显著。半导体器件教学内容半导体的特性本节中的有关概念本节中的有关概念 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 自由电子、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 半导体器件教学内容半导体的特性1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 PN结及其单向导电性结及其单向导电性利用一定的掺杂工艺使一块半导体的一侧呈利用一定的掺杂工艺使一块半导体的一侧呈P型，另一侧呈型，另一侧呈N型，则其交界处就形成了型，则其交界处就形成了PN结。结。半导体器件教学内容

11、半导体的特性1、PN结中载流子的运动结中载流子的运动扩散运动：由于两区载流子浓度的差异，引起载扩散运动：由于两区载流子浓度的差异，引起载流子由浓度高的地方向浓度低的地方的迁移。电流子由浓度高的地方向浓度低的地方的迁移。电子和空穴相遇时，将发生复合而消失，于是形成子和空穴相遇时，将发生复合而消失，于是形成空间电荷区。空间电荷区。区失去空穴区失去空穴带负电的离子带负电的离子区失去电子区失去电子带正电的离子带正电的离子建立起内电场，方向区建立起内电场，方向区区区形成空间电荷区形成空间电荷区半导体器件教学内容半导体的特性漂移运动：少数载流子在内电场的作用下的运动。漂移运动：少数载流子在内电场的作用下的

12、运动。区电子区电子区区区空穴区空穴区区内电场方向区内电场方向区区区半导体器件教学内容半导体的特性P型半导体型半导体N型半导体型半导体扩散运动扩散运动内电场内电场E空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。漂移运动漂移运动扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽间电荷区变宽内电场越强使漂移内电场越强使漂移运动越强，从而使运动越强，从而使空间电荷区变窄空间电荷区变窄半导体器件教学内容半导体的特性空间电荷区空间电荷区P型区型区N型区型区UD电位电位V+空间电荷区两边存在电位差空间电荷区两边存在电位差D称电位壁垒。称电位壁垒。硅：硅：0.60.8锗：锗：0.20.3半导体器件教学内容半导体的特性

13、扩散运动扩散运动内电场内电场动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流（多子）（多子）大小相等大小相等方向相反方向相反漂移电流漂移电流（少子）（少子）（空间电荷区、耗尽层）（空间电荷区、耗尽层）PNPN结结半导体器件教学内容半导体的特性 PN PN结的形成结的形成多子的扩散运动使空间电荷区变宽，多子的扩散运动使空间电荷区变宽，少子的漂移运动使空间电荷区变窄，少子的漂移运动使空间电荷区变窄，最终达到动态平衡，最终达到动态平衡，扩扩漂漂，空间电荷区的宽，空间电荷区的宽度达到稳定，即形成度达到稳定，即形成PN结。结。空间电荷区又称耗尽层或阻挡层。空间电荷区又称耗尽层或阻挡层。半导体器件教学内容半导体的特性1、

14、若将一块型半导体和一块型半导体、若将一块型半导体和一块型半导体简单放在一起，在它们的交界面上是否可以形成简单放在一起，在它们的交界面上是否可以形成PN结？结？2、PN结内部存在内电场结内部存在内电场,若将若将P区端和区端和N区端用区端用导线连接，是否有电流流通？导线连接，是否有电流流通？ 思考题思考题半导体器件教学内容半导体的特性2、 PN结的单向导电性结的单向导电性（1 1）PN PN 结正向偏置：正，负结正向偏置：正，负内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。ER+PN内电场内电场外电场外电场变薄变薄+_半导体器件教学内容

15、半导体的特性内电场被被加强，多子的扩散受抑制，少子漂移加内电场被被加强，多子的扩散受抑制，少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。（2 2）PN 结反向偏置：结反向偏置：P P负，负，N N正正内电场内电场外电场外电场NP_RE+变厚变厚+半导体器件教学内容半导体的特性PNPN结的特点：结的特点：（1）PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；导通具有较大的正向扩散电流；导通 （2）PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流；截止具有很小的反向漂移电流；截

16、止 （反向饱和电流（反向饱和电流IS ）得出结论：得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。半导体器件教学内容半导体的特性1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片PN结结二极管的电路符号：二极管的电路符号：PN阳极阴极点接触型点接触型面接触型面接触型半导体器件教学内容半导体的特性半导体器件教学内容半导体的特性伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅管硅管0.60.8V,锗管锗管0.10.3V。反向击穿反

17、向击穿电压电压UBR正向特性正向特性反向特性反向特性反向饱和电流反向饱和电流IS二极管方程：二极管方程：) 1(/TUUSeII半导体器件教学内容半导体的特性1. 最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。大正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般一般是是UBR的一半。

18、的一半。1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数半导体器件教学内容半导体的特性 以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等。等等。3. 反向电流反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向反向电

19、流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。电流要比硅管大几十到几百倍。半导体器件教学内容半导体的特性4. 二极管的极间电容二极管的极间电容 二极管的两极之间有电容，此电容由两部分二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容组成：势垒电容CB和扩散电容和扩散电容CD。5. 最高工作频率最高工作频率fM fM主要取决于主要取决于PN结结电容的大小。结电容愈结结电容的大小。结电容愈大，大，二极管允许的最高工作频率愈低。二极管允许的最高工作频率愈低。半导体器件教学内容半导体的特性二极管的应用二极管的应用（1 1）二极管电路的模型分析法）二极管电路的模型分析法 理想模型：

20、正向导通时，二极管正向压降为零；反向理想模型：正向导通时，二极管正向压降为零；反向截止时，二极管电流为零。截止时，二极管电流为零。 恒压源模型：正向导通时，二极管正向压降为常数恒压源模型：正向导通时，二极管正向压降为常数（硅管（硅管0.7V0.7V，锗管，锗管0.2V0.2V）；反向截止时二极管电流为零。）；反向截止时二极管电流为零。（2）整流与检波电路）整流与检波电路 利用二极管的单向导电特性，将交变的双向信号，转利用二极管的单向导电特性，将交变的双向信号，转变成单向脉动信号。变成单向脉动信号。（3）限幅电路）限幅电路 利用二极管的导通和截止限制信号的幅度。利用二极管的导通和截止限制信号的幅

21、度。半导体器件教学内容半导体的特性二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流：二极管半波整流( (理想二极管理想二极管)RLuiuouiuott+-+-半导体器件教学内容半导体的特性二极管的应用举例二极管的应用举例2 2：已知已知ui=12sint(V),VD为硅管为硅管管压降管压降UD=0.7V，试画出输出电压波形。，试画出输出电压波形。ui/V uo/Vtt125.7UD=ui5 UD0.7V,即即ui5.7V,VD导通，导通，uo=5.7V;ui5.7V,VD截止，截止，uo=ui.半导体器件教学内容半导体的特性1.2.4 稳压管稳压管稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压

22、越稳电压越稳定。定。 二极管工作在反向击穿区，利用反向击穿特性，电二极管工作在反向击穿区，利用反向击穿特性，电流变化很大，引起很小的电压变化。流变化很大，引起很小的电压变化。+IIZIZmax UZUZU半导体器件教学内容半导体的特性 二极管的击穿：二极管的击穿：二极管处于反向偏置时，在一定的电二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过压范围内，流过PNPN结的电流很小，但电压超过某一数值时，结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。 上述过程属电击穿，是可逆的，当加在稳压管两端上述过程属电击穿，是可逆的

23、，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可恢复原来的状态。但它有的反向电压降低后，管子仍可恢复原来的状态。但它有一个前提条件，即反向电流和反向电压的乘积不超过一个前提条件，即反向电流和反向电压的乘积不超过PNPN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PNPN结温度上升，直到过热而烧毁，这属于热击穿。结温度上升，直到过热而烧毁，这属于热击穿。半导体器件教学内容半导体的特性稳压二极管的参数稳压二极管的参数:2.稳定电流稳定电流IZ 一般来说，工作电流较大时稳压性能较好。一般来说，工作电流较大时稳压性能较好。4. 额定功耗额定功耗PZmax

24、ZZZMIUP1.稳定电压稳定电压 UZ5.电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳定电压在稳定电压在4V7V之间的稳压管，之间的稳压管， U的值比较的值比较小，表示其稳定电压值受温度的影响较小，性能比小，表示其稳定电压值受温度的影响较小，性能比较稳定。较稳定。3.动态电阻动态电阻rZ rz越小，稳压性能越好。越小，稳压性能越好。 ZZIUZr半导体器件教学内容半导体的特性+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常稳压时正常稳压时 VO =VZIZmin IZ IZmax稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例 当输入电压或负载电阻当输入电压或负载电阻变化时，利用稳压管所起的变化时，利用稳压管

25、所起的电流调节作用，通过限流电电流调节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行阻上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。补偿，来达到稳压的目的。半导体器件教学内容半导体的特性题1-7 解：RL两端电压UO=UZ=6VmAkRUILOO616mARUUIZR20200610流过稳压管的电流 IZ=IR-IO=20-6=14mA半导体器件教学内容半导体的特性光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管反向电流随光照反向电流随光照强度的增加而上强度的增加而上升，可将光信号升，可将光信号转换为电信号转换为电信号半导体器件教学内容半导体的特性国产二极管型号命名及含义国产二极管型号命名及含义2AP9N型

26、锗材料小信号普通二极管2CW56N型硅材料稳压二极管半导体器件教学内容半导体的特性1.3 双极型三极管（双极型三极管（BJT）1.3.1 三极管的结构三极管的结构又称为半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。又称为半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极PNP集电极集电极基极基极发射极发射极bceNPN型型PNP型型半导体器件教学内容半导体的特性基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极集电结集电结发射结发射结半导体器件教学内容半导体的特

27、性三个电极三个电极发射极发射极基极基极集电极集电极三个区三个区发射区发射区基区基区集电区集电区两个结两个结发射结发射结集电结集电结bec符符号号结结构构becNPN型三极管型三极管PNP型三极管型三极管半导体器件教学内容半导体的特性1.3.2 三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管中载流子的运动和电流分配关系VBBRbbecNNPVCC基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散较的扩散较小。小。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE发射发射进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成

28、电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。IBE复合和扩散复合和扩散外加电源使发射结外加电源使发射结正偏，集电结反偏。正偏，集电结反偏。半导体器件教学内容半导体的特性IBnbecNNPVBBRbIEICn从基区扩散从基区扩散到集电结附到集电结附近的电子在近的电子在反向电压下反向电压下被拉向集电被拉向集电极形成极形成ICn。IC=ICn+ICBO ICn收集收集集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向饱和电流饱和电流ICBO。ICBO半导体器件教学内容半导体的特性IBnICBObecNNPVBBRbVCCIEICnIC=ICn+ICBO ICnIB=IBn-ICBO

29、 IBnIBIE=ICn+IBn IC+IB动画演示动画演示共基直流电流放大系数：共基直流电流放大系数：ECII共射直流电流放大系数：共射直流电流放大系数：BCII半导体器件教学内容半导体的特性三极管具有电流放大作用的条件：三极管具有电流放大作用的条件：内内部部条条件件 发射区多数载流子浓度很高；发射区多数载流子浓度很高； 基区很薄，掺杂浓度很小；基区很薄，掺杂浓度很小； 集电区面积很大，掺杂浓度低于发射区。集电区面积很大，掺杂浓度低于发射区。外外部部条条件件 发射结加正向偏压（发射结正偏）；发射结加正向偏压（发射结正偏）；集电结加反向偏压（集电结反偏）。集电结加反向偏压（集电结反偏）。思考题

30、：三极管发射极和集电极能否互换？思考题：三极管发射极和集电极能否互换？半导体器件教学内容半导体的特性1.3.3 特性曲线特性曲线 实验线路实验线路ICVVBB AVUBERbIBmAUCEVccRC半导体器件教学内容半导体的特性1、输入特性输入特性iB( A)uBE(V)204060800.40.8uCE=0VuCE =1VuCE 2V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.1V。工作压降：工作压降： 硅管硅管uBE 0.60.8V,锗管锗管uBE 0.20.3V。半导体器件教学内容半导体的特性2、输出特性输出特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40

31、A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足iC= iB称称为线性区为线性区（放大区）。（放大区）。当当uCE大于一定大于一定的数值时，的数值时，iC只与只与iB有关有关。半导体器件教学内容半导体的特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中uCE uBE,集集电结正偏，电结正偏，集电结收集电结收集电子的能力降低，集电子的能力降低，iC不再随着不再随着iB作线性变作线性变化，出现发射极发射化，出现发射极发射有余，而集电极收集有余，而集电极收集不足现象不足现象, ,称为饱和称为饱和区区.此时，硅管此时，硅管UCES 0.3

32、V（锗管（锗管0.1V)。半导体器件教学内容半导体的特性iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : iB=0,iC=ICEO,uBE0,UBC0 , PNP: UBE0,满足满足iC = iB(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 NPN:UBE0,UBC0, PNP:UBE0,UBCiCS=(Vcc-UCES)/RC UCE UCES=0.3V UCES-三极管临界饱和压降三极管临界饱和压降, iC不再受不再受iB的控制的控制(3) 截止区：截止区： 发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，

33、集电结反偏。 NPN:UBE0,UBC0,UBC0 iB=0 ， iC=ICEO 0 半导体器件教学内容半导体的特性例例1： =50， VCC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当VBB = 2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当VBB =2V时：时：IB=0 ， IC=0Q位于截止区位于截止区 ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+半导体器件教学内容半导体的特性VBB =2V时：时：9mA01.0707 .02BBEBBBRUVI0.95mA9mA01050.IIBCIC IcS， Q位于饱和区。位于饱和区。mA26

34、3 .012SCCESCCCRUVIICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBE+半导体器件教学内容半导体的特性判断三极管的工作状态可有以下方法判断三极管的工作状态可有以下方法:根据发射结和集电结的偏置电压来判别根据发射结和集电结的偏置电压来判别.根据偏置电流根据偏置电流IB、IC、ICS来判别。来判别。3. 根据根据UCE的值来判别，的值来判别，UCE VCC, ,管子工作在截止管子工作在截止区；区；UCE0，管子工作在饱和区。，管子工作在饱和区。例例2：试判断：试判断各三极管分各三极管分别工作在哪别工作在哪个区？个区？+0.7V+5V0V+

35、10.3V+10.75V+10VUBE=0.7V （正偏）（正偏）UBC=4.3V（反偏）（反偏） 放大状态放大状态饱和饱和半导体器件教学内容半导体的特性 根据晶体管的三个电极电位，判别三个电极及管子类型根据晶体管的三个电极电位，判别三个电极及管子类型原原理理硅管：硅管：UBE=0.7V;锗管：锗管： UBE =0.2VNPN管：管： UBE0, UBC0PNP管：管： UBE0步步骤骤三管脚两两相减，其中差值为三管脚两两相减，其中差值为0.7V(或或0.2V）的管脚为的管脚为B或或E，另一管脚为，另一管脚为C,并由此可知是并由此可知是硅管（或锗管）。硅管（或锗管）。假设三个管脚中电位居中的管

36、脚为假设三个管脚中电位居中的管脚为B，求，求UBE、UBC，若符合，若符合UBE0, UBC0，则为，则为NPN;若符若符合合UBE0,则为则为PNP。管子处于管子处于放大状态放大状态半导体器件教学内容半导体的特性例例3：一个晶体管处于放大状态，已知其三个电极：一个晶体管处于放大状态，已知其三个电极的电位分别为的电位分别为5V、9V和和5.2V。试判别三个电极，。试判别三个电极，并确定该管的类型和所用的半导体材料。并确定该管的类型和所用的半导体材料。解：分别设解：分别设U1=5V,U2=9V,U3=5.2V U1U3=55.2=0.2V, 因此是锗管，因此是锗管，2脚为集电极脚为集电极C。 由

37、于由于3脚的电位在三个电位中居中，故设为基极脚的电位在三个电位中居中，故设为基极B，则，则1为发射极为发射极E，有：，有：UBE= U3U1=5.25.=0.2V 0 UBC= U3U2= 5.29=3.8V0,因此，为因此，为NPN型锗管，型锗管，5V、9V、5.2V所对应的电所对应的电极分别是发射极、集电极和基极。极分别是发射极、集电极和基极。半导体器件教学内容半导体的特性共基直流电流放大系数：共基直流电流放大系数：ECII1共射直流电流放大系数：共射直流电流放大系数：BCII共射交流电流放大系数：共射交流电流放大系数：BCii共基交流电流放大系数：共基交流电流放大系数：ECii11一般为

38、几十几百一般为几十几百1、电流放大系数：、电流放大系数：1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数半导体器件教学内容半导体的特性5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCii在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =例例4：已知：已知UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。求：。求： 和和解：解：半导体器件教学内容半导体的特性2、反向饱和电流、反向饱和电流(1)集电极基极反向饱和电流集电极基极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反

39、偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。半导体器件教学内容半导体的特性(2)集电极发射极反向饱和电流集电极发射极反向饱和电流ICEO(穿透电流）穿透电流）NNPBECICBO集电结反集电结反偏有偏有ICBOIBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。 IBE根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE。ICEO= IBE+ICBO ICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。反向电流反向电流的值越小，的值越小，表

40、明三极表明三极管的质量管的质量越高。越高。半导体器件教学内容半导体的特性3、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 集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为为ICM。 (2)极间反向击穿电压极间反向击穿电压U(BR)CEO基极开路时，集电极和发射极之间的基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。反向击穿电压。U(BR)CBO发射极开路时，集电极和基极之间的发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。反向击穿电压。半导体器件教学内容半

41、导体的特性(3)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区半导体器件教学内容半导体的特性1.4 场效应晶体管（场效应晶体管（FET)场效应管的特点：场效应管的特点：压控器件：利用输入回路的电场效应来控制输压控器件：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流。出回路电流。单极型器件：仅由一种载流子（多子）参与导电，单极型器件：仅由一种载流子

42、（多子）参与导电，不易受温度和辐射的影响。不易受温度和辐射的影响。输入电阻很高，噪声很小。输入电阻可达，输入电阻很高，噪声很小。输入电阻可达， 1271010，输入端基本不取电流。，输入端基本不取电流。半导体器件教学内容半导体的特性场效应管的分类：场效应管的分类：场效应管场效应管结型（结型（JFET) 绝缘栅型（绝缘栅型（IGFET)（MOS)N沟沟道道P沟沟道道耗尽型耗尽型增强型增强型N沟沟道道N沟沟道道P沟沟道道P沟沟道道均为耗尽型均为耗尽型半导体器件教学内容半导体的特性NNPPN1.4.1 结型场效应管结型场效应管:1、结构、结构基底基底 ：N型半导体型半导体两边是两边是P区区导电沟道导

43、电沟道G栅极栅极D漏极漏极S源极源极半导体器件教学内容半导体的特性N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSG栅极栅极S源极源极D漏极漏极NNPPN半导体器件教学内容半导体的特性P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSG栅极栅极S源极源极D漏极漏极NNNNP半导体器件教学内容半导体的特性2、工作原理（以、工作原理（以N沟道为例）沟道为例）NGSDNNPPIDuDS=0V时时uGS=0导电沟导电沟道较宽。道较宽。半导体器件教学内容半导体的特性DIDGSVGGNPPuGS0,耗尽区宽度增大，耗尽区宽度增大，沟道相应变窄。沟道相应变窄。但当但当uGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限

44、，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。半导体器件教学内容半导体的特性DVGGIDSPPNuGS=UGS(off)（夹断（夹断电压）电压）,两侧两侧耗尽耗尽层合拢层合拢，导电沟道导电沟道被夹断被夹断。改变改变uGS的大小，可以有的大小，可以有效地控制沟道电阻的大效地控制沟道电阻的大小，但小，但uDS=0，所以，所以iD始终等于零始终等于零 。N沟道结型沟道结型场效应管场效应管UGS(off)为负为负值。值。半导体器件教学内容半导体的特性uGS保持不变（保持不变（ UGS(off) uGS0iDVDDPPGNSDVGGuDS较小时，较小时，iD随随uDS的增大几乎成正比的

45、增大几乎成正比地增大。地增大。越靠近漏极处，越靠近漏极处，PN结反压越大结反压越大,耗尽层耗尽层最宽，源极处耗尽最宽，源极处耗尽层最窄。层最窄。半导体器件教学内容半导体的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，当当uGD=UGS(off) 漏极处的漏极处的耗尽层开始合拢在一起，耗尽层开始合拢在一起，称为预夹断。称为预夹断。半导体器件教学内容半导体的特性GVGGDVDDiDPPS再增大再增大uDS，夹断长度会夹断长度会略有增加，但夹断处场略有增加，但夹断处场强很大，仍能将电子拉强很大，仍能将电子拉过夹断区，形成漏极电过夹断区，形成漏极电流。在从源极到夹断处流。在从源极到夹断处的沟道上，

46、沟道内电场的沟道上，沟道内电场基本上不随基本上不随uDS改变而改变而变化。变化。iD基本不随基本不随uDS增加而上升，漏极电流增加而上升，漏极电流趋于饱和趋于饱和IDSS。半导体器件教学内容半导体的特性GVGGDVDDiDPPS uDS0,uGS0时时当当uGS=0时，耗时，耗尽层比较窄，导尽层比较窄，导电沟道比较宽，电沟道比较宽，iD比较大。比较大。半导体器件教学内容半导体的特性VDDiDPPSVGG增大增大VGG，使使uGS0时时uGS足够大时足够大时（uGSUGS(th)），），形成电场形成电场GB,把把衬底中的电子吸引衬底中的电子吸引到上表面，除复合到上表面，除复合外，剩余的电子在外，

47、剩余的电子在上表面形成了上表面形成了N型型层（反型层）为层（反型层）为D、S间的导通提供了间的导通提供了通道。通道。UGS(th)称为阈值电压称为阈值电压(开启电压）开启电压）源极与源极与衬底接衬底接在一起在一起N沟道沟道半导体器件教学内容半导体的特性PNNGSDuDSuGSuGSUGS(th),uDS较较小时，漏极电流小时，漏极电流iD将随将随uDS上升而上升而增大。增大。iD半导体器件教学内容半导体的特性PNNGSDuDSuGSiD当当uDS较大时，较大时，栅漏之间的电栅漏之间的电位差最小，靠位差最小，靠近漏端的导电近漏端的导电沟道最窄；栅沟道最窄；栅源之间的电位源之间的电位差最大，导电差

48、最大，导电沟道最宽。沟道最宽。半导体器件教学内容半导体的特性PNNGSDuDSuGSiD uDS增加到一定程度，增加到一定程度，uGD= uGS -uDS =UGS(th) 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为称为预预夹断。夹断。夹断后，夹断后，uDS 继继续增加，将形续增加，将形成一夹断区，成一夹断区，iD趋于饱和，趋于饱和，呈恒流特性。呈恒流特性。半导体器件教学内容半导体的特性输出特性曲线输出特性曲线iDu DS0uGS0（3）特性曲线）特性曲线预夹断曲线预夹断曲线可变电阻区可变电阻区截止区截止区恒流区恒流区对比对比半导体器件教学内容半导体的特性0iDuGSUGS(th)

49、转移特性曲线转移特性曲线2)() 1(thGSGSDODUuIi开启电压开启电压2UGS(th)IDO半导体器件教学内容半导体的特性GSD2、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS场效应管场效应管PN+N+GSD预埋了导预埋了导电沟道电沟道 uGS=0时就有导电沟道，时就有导电沟道，只要只要uDS0,即有即有iD；uGS0uGS=0uGS0输出特性曲线输出特性曲线半导体器件教学内容半导体的特性NP+P+GSDGSDP 沟道增强型沟道增强型半导体器件教学内容半导体的特性NP+P+GSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 GSDP 沟道耗尽型沟道耗尽型半导体器件教学内容半导体的特性各种场效应管对比半导体器件教学内

50、容半导体的特性半导体器件教学内容半导体的特性半导体器件教学内容半导体的特性1.4.3 场效应管主要参数场效应管主要参数1、直流参数、直流参数(1)饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS: 耗尽型场效应管的参数。耗尽型场效应管的参数。(2)夹断电压夹断电压UGS(off) ： 耗尽型场效应管的参数。耗尽型场效应管的参数。(3)开启电压开启电压UGS(th) ： 增强型场效应管的参数。增强型场效应管的参数。(4)直流输入电阻直流输入电阻RGS :由于场效应管的栅极几乎不取电流，因此其输入电由于场效应管的栅极几乎不取电流，因此其输入电阻很高。阻很高。半导体器件教学内容半导体的特性2、交流参数、交流参数(1)低频跨导低频跨导gm :表征场效应管放大作用的重要参数，表征场效应管放大作用的重要参数，用以描述栅源电压用以描述栅源电压uGS对漏极电流对漏极电流iD的控制作用。的控制作用。常数DSuGSDmuig单位：毫西门子（单位：毫西门子（mS）(2)极间电容：极间电容越小，管子的高频性能越好