半导体器件2教材

1、第一章第一章 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体本征半导体杂质半导体T=0K本征激发N型半导体P型半导体PN结（）第二节：第二节：PN结的形成及特性结的形成及特性PN结形成结形成（势垒区、耗尽层、空间电荷区、阻挡层）PNPN+ -EE内PN- +EE内单向导电性单向导电性OuD /ViD /mAUthISU (BR)第三节：半导体二极管第三节：半导体二极管1、二极管的特性曲线：与PN结的曲线相同，对于Si 和Ge材料的参数值略有不同门坎电压：反向电流：热稳定性：2、二极管应用：A、开关、开关 ； B、整流整流 C、稳压稳压 D、发光发光Si 为0.5V，Ge 为0.1V导通电压：Si 为0

2、.7V，Ge 为0.2VGe SiSi比Ge强OuD /ViD /mAUthISU (BR)-R+UR+-us半波整流电路全波整流电路利用反向击穿特性稳压PN半导体二极管（单向导电性）NNP半导体三极管（开关、放大）根据晶体管的结构组成分：双极结型晶体管、 BJT 、晶体管NPN 型 和 PNP 型NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结 基区 发射区 集电区emitterbasecollectorECB结构特点：E区：杂质浓度高；B区：浓度低且薄C区：面积大Bipolar Junction Transistor Je 正向偏置；Jc反向偏置E区：杂质浓度高；B区：浓度低且薄C区：面积大发射电

3、子电子扩散与复合收集电子cNNPbeNNP 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，( 和 ) 即：eebb-c b obccc b occb cee b c(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecbiBiE图 23 晶体管的三种基本接法(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极 cNNPbeVBBVRL+-VoVEE一、输入特性常数常数 CEBEB)(uufi1.当U UCECE0 0时：BEuBiO0CE uV1CE u3.当U UCE CE =1=1时：2.当U UCE CE 00时：相当与两个二极管并联，与二极管特性

4、相似特性右移（因集电结开始吸引电子）特性基本重合（电流分配关系确定）二、输出特性：常数常数 BCEC)(iufiiC / mAuCE /V50 A40A30 A20 A10 AIB =0O 2 4 6 8 43211、VCE 1 时：3、VCE 过大时：4、iB 变化时：饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区VBE0 、 VBC0 、 VBC0 、 VBC0 即 两个结均正偏。此时VCE 0.3V主要利用三极管的截止区，饱和区数字电子技术：模拟电子技术： 主要利用三极管的放大区+VCC+5VRcRbT+ +- -+ +- -uIuO 三极管是利用电流的控制作用实现放大，其放大倍数很高，但是其输入

5、电阻比较低（Je 结正偏）。 由于场效应管具有输入电阻高，易于大规模集成等特点，因此再各种电路中得到了广泛的应用。场效应管三极管： 它里面只有一种极性的载流子参与导电，因此把它称为单极型三极管，由于它是利用电场效应来控制电流的因此又成为场效应管。单极型三极管、FET场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管N沟道P沟道N沟道P沟道( MOSFET )( JFET )DGSDGSN沟道P沟道结型FET图311各种场效应管的符号对比图311各种场效应管的符号对比DSGBDSGBDSGBDSGBN沟道P沟道增强型N沟道P沟道耗尽型MOSFETFUDDST2DT1ADGSN型沟道DGSP+P+源极栅极漏极1

6、、名称：2、结构组成：三极：G、S、D两结：耗尽层一个电流、两个电压3、结构特点：导电沟道杂质浓度低于两侧导电沟道杂质浓度低于两侧 4.1 ：结型场效应管：结型场效应管耗尽层：栅、源极之间加反向电压。导电沟道杂质浓度低于两侧 通过改变栅源之间的电压VGS来改变PN结中的电场，使得耗尽层的宽度改变从而控制漏极电流IDN型沟道DGSp+p+N型沟道DGSp+p+VGS（反向电压）增加PN结变宽导通沟道变窄电流变小N沟道的杂质浓度低VDS增加电流增大PN结呈楔型加宽予夹断电流不变反向击穿DGS(a)UDSID0UGSDGS(b)UDSUGS沟道局部夹断IDIDSSPPPPDGS(a)UDSID0UG

7、SDGS(b)UDSUGS沟道局部夹断IDIDSSPPPP总之：通过改变栅源之间的电压VGS、来改变PN结中的电场，使得耗尽层的宽度改变从而控制漏极电流ID N型沟道DGSp+p+夹断电压VPCuGSDDSufi)( 由于输入电阻比较大，电流约等于零，所以输入特性曲线不用研究，但是输入电压（VGS）对输出电流有控制作用，所以我们研究转移特性曲线。uGS/ V012312345IDSSUGS offiD/ mA为了使输入阻抗大(不允许出现栅流iG)，也为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进行控制，PN结一定要反偏，所以在N沟道JFET中，uGS必须为负值。N型沟道DGSp+p+常数GSUDS

8、DUfI)(UDSUGSVDS增加，电流增大VDS 达到Vp时，予夹断ID不变VDS增加， VDG增加，击穿1234iD/ /mA01020uDS/ /V-2V-1.5V-1V5150V-0.5V1234iD/ /mA01020uDS/ /V-2V-1.5V-1V5150V-0.5V VDS增大，电流线性增加VGS不同，斜率不同，即R不同。 VDS增大，电流ID不变。放大原理不同于BJT。VDS增大到某值时，方向击穿VGS VT 形成反型层从而产生感生沟道。（VDS0）（VGS 0）开始，ID增大，单到使得VGDVT时予夹断，不变继续增加则反向击穿。iD / mA0UTuGS / V(a）转移

9、特性CuGSDDSufi)(iD0uDSUGS 6V截止区截止区4V3V2V5V可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区区区穿穿击击(b）输出特性常数GSUDSDUfI)(源极栅极 漏极氧化层(SiO2)BWP型衬底N+N+L耗耗尽尽层层铝层SGDS SG GD DN N+ +N N+ +P P型硅衬底型硅衬底绝缘层绝缘层衬底引线衬底引线B B半导体半导体铝极铝极SiO2+ + + + + + + + + + + + + + + + DSGB与增强型的类似iDuG SUG Soff0(a)ID01234iD/mA01020uDS/V0V515(b)UGS 3V 6V3VDGSDGSN沟道P沟道结型FE

10、T图311各种场效应管的符号对比图311各种场效应管的符号对比DSGBDSGBDSGBDSGBN沟道P沟道增强型N沟道P沟道耗尽型MOSFET表表4-1 各种场效应管的符号和特性曲线各种场效应管的符号和特性曲线 类型符号和极性转移特性输出特性uGSOIDSSiDUPuGSOIDSSiDUP i uDSOuG S0 V1 VD2 V3 VuG S UP4 VuDSOuG S0 V1 ViD2 V3 VuG S UP4 VuDSOuG S5 ViD3 VuG S UT2 V4 VuGSiDOUTGSD+iD+GSD+iD+GSD+iD+BJFETP沟道JFETN沟道增强型N MOSuGSOiDUP

11、IDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiDUPuDSOuG S0 ViD2 VuG S UP4 V2 ViD5 VuG S UT3 VO uDS4 VuG S 6 V iD2 VuG S UP4 VO uDS2 VuG S 0 VGSD+iDB+GSD+iD+BGSD+iDB+耗尽型N MOS增强型P MOS耗尽型P MOS表表4-1续表续表PDM = uDS iD，受温度限制。1. 开启电压 UGS(th) (增强型)和夹断电压 UGS(off) (耗尽型)指uDS = 某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的uGS值。2. 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应管，当uGS = 0 时所对应的