模电第四章常用半导体器件原理2课件

4.1半导体物理基础

本章从半导体器件的工作机理出发，简单介绍半导体物理基础知识，包括本征半导体，杂质半导体，PN结；分别讨论晶体二极管的特性和典型应用电路，双极型晶体管和场效应管的结构、工作机理、特性和应用电路，重点是掌握器件的特性。导体：对电信号有良好的导通性，如绝大多数金属，电解液，以及电离气体。绝缘体：对电信号起阻断作用，如玻璃和橡胶，其电阻率介于108~1020

·m。半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)。

导半体的导电能力随温度、光照和掺杂等因素发生显著变化，导半体是制作半导体元器件的重要材料。14.1.1本征半导体纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体。

硅和锗的原子最外层轨道上都有四个电子，称为价电子，每个价电子带一个单位的负电荷。因为整个原子呈电中性，而其物理化学性质很大程度上取决于最外层的价电子，所以研究中硅和锗原子可以用简化模型代表。2每个原子最外层轨道上的四个价电子为相邻原子核所共有，形成共价键。共价键中的价电子是不能导电的束缚电子。

价电子可以获得足够大的能量，挣脱共价键的束缚，游离出去，成为自由电子，并在共价键处留下带有一个单位的正电荷的空穴。这个过程称为本征激发。

本征激发产生成对的自由电子和空穴，所以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。3

价电子的反向递补运动等价为空穴在半导体中自由移动。因此，在本征激发的作用下，本征半导体中出现了带负电的自由电子和带正电的空穴，二者都可以参与导电，统称为载流子。

自由电子和空穴在自由移动过程中相遇时，自由电子填入空穴，释放出能量，从而消失一对载流子，这个过程称为复合，4

平衡状态时，载流子的浓度不再变化。分别用ni和pi表示自由电子和空穴的浓度(cm-3)，理论上其中T为绝对温度(K)；EG0为T=0K时的禁带宽度，硅原子为1.21eV，锗为0.78eV；k=8.6310-5

eV/K为玻尔兹曼常数；A0为常数，硅材料为3.871016cm-3K-3/2，锗为1.761016cm-3K-3/2。4.1.2

N型半导体和P型半导体

本征激发产生的自由电子和空穴的数量相对很少，这说明本征半导体的导电能力很弱。可以人工少量掺杂某些元素的原子，从而显著提高半导体的导电能力，这样获得的半导体称为杂质半导体。根据掺杂元素的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体。

5一、N型半导体

在本征半导体中掺入五价原子，即构成N型半导体。N型半导体中每掺杂一个杂质元素的原子，就提供一个自由电子，从而大量增加了自由电子的浓度----施主电离多数载流子----自由电子少数载流子----空穴但半导体仍保持电中性

热平衡时，杂质半导体中多子浓度和少子浓度的乘积恒等于本征半导体中载流子浓度ni

的平方，所以空穴的浓度pn为

因为ni

容易受到温度的影响发生显著变化，所以pn

也随环境的改变明显变化。自由电子浓度杂质浓度6二、P型半导体

在本征半导体中掺入三价原子，即构成P型半导体。P型半导体中每掺杂一个杂质元素的原子，就提供一个空穴，从而大量增加了空穴的浓度----受主电离多数载流子----空穴少数载流子----自由电子但半导体仍保持电中性

而自由电子的浓度np

为环境温度也明显影响np

的取值。空穴浓度掺杂浓庹74.1.3漂移电流和扩散电流

半导体中载流子进行定向运动，就会形成半导体中的电流。半导体电流

半导体电流漂移电流：在电场的作用下，自由电子会逆着电场方向漂移，而空穴则顺着电场方向漂移，这样产生的电流称为漂移电流，该电流的大小主要取决于载流子的浓度，迁移率和电场强度。扩散电流：半导体中载流子浓度不均匀分布时，载流子会从高浓度区向低浓度区扩散，从而形成扩散电流，该电流的大小正比于载流子的浓度差即浓度梯度的大小。84.2

PN结

通过掺杂工艺，把本征半导体的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，则P型半导体和N型半导体的交接面处会形成一个有特殊物理性质的薄层，称为PN结。4.2.1

PN结的形成多子扩散

空间电荷区，内建电场和内建电位差的产生少子漂移动态平衡9

空间电荷区又称为耗尽区或势垒区。在掺杂浓度不对称的PN结中，耗尽区在重掺杂一边延伸较小，而在轻掺杂一边延伸较大。104.2.2

PN结的单向导电特性一、正向偏置的PN结正向偏置耗尽区变窄扩散运动加强，漂移运动减弱正向电流二、反向偏置的PN结反向偏置耗尽区变宽扩散运动减弱，漂移运动加强反向电流11

PN结的单向导电特性：PN结只需要较小的正向电压，就可以使耗尽区变得很薄，从而产生较大的正向电流，而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变。而在反偏时，少子只能提供很小的漂移电流，并且基本上不随反向电压而变化。4.2.3

PN结的击穿特性当PN结上的反向电压足够大时，其中的反向电流会急剧增大，这种现象称为PN结的击穿。

雪崩击穿：反偏的PN结中，耗尽区中少子在漂移运动中被电场加速，动能增大。当少子的动能足以使其在与价电子碰撞时发生碰撞电离，把价电子击出共价键，产生一对自由电子和空穴，连锁碰撞使得耗尽区内的载流子数量剧增，引起反向电流急剧增大。雪崩击穿出现在轻掺杂的PN结中。齐纳击穿：在重掺杂的PN结中，耗尽区较窄，所以反向电压在其中产生较强的电场。电场强到能直接将价电子拉出共价键，发生场致激发，产生大量的自由电子和空穴，使得反向电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。

PN结击穿时，只要限制反向电流不要过大，就可以保护PN结不受损坏。PN结击穿124.2.4

PN结的电容特性

PN结能够存贮电荷，而且电荷的变化与外加电压的变化有关，这说明PN结具有电容效应。一、势垒电容CT0为u=0时的CT，与PN结的结构和掺杂浓度等因素有关；UB为内建电位差；n为变容指数，取值一般在1/3~6之间。当反向电压u绝对值增大时，CT将减小。13二、扩散电容

PN结的结电容为势垒电容和扩散电容之和，即Cj=CT+CD。CT和CD都随外加电压的变化而改变，所以都是非线性电容。当PN结正偏时，扩散电容CD远大于势垒电容CT，即Cj

CD；反偏的PN结中，CT远大于CD，则Cj

CT。144.3晶体二极管

二极管可以分为硅二极管和锗二极管，简称为硅管和锗管。4.3.1二极管的伏安特性一一指数特性IS为反向饱和电流，q为电子电量(1.60

10-19C)；UT=kT/q，称为热电压，在室温27℃即300K时，UT=26mV。一、二极管的导通，截止和击穿当uD>0且超过特定值UD(on)

时，iD

变化明显，此时认为二极管导通，UD(on)

称为导通电压(死区电压)；uD<0时，二极管是截止的；当反向电压足够大时，PN结击穿，二极管中的反向电流急剧增大，二极管被击穿。15二、二极管的管压降

当电源电压E变化时，负载线平移到新的位置，虽然ID有比较大的变化，UD变化却不大，仍然近似等于UD(on)

，所以也可以认为UD(on)

是导通的二极管两端固定的管压降。三、二极管的电阻直流电阻交流电阻16RD

和rD

随工作点的位置变化而改变4.3.2温度对二极管伏安特性的影响T增大；

Is增大，T增大10°C，Is增大一倍。减小，雪崩击穿电压增大，齐纳击穿电压减小。174.3.3二极管的近似伏安特性和简化电路模型18【例4.3.1】电路如图(a)所示，计算二极管中的电流ID。已知二极管的导通电压UD(on)=0.6V，交流电阻rD

近似为零。解：可以判断二极管处于导通状态，将相应的电路模型代入，得到图(b)。节点A的电压UA

=E

-I1R1

=-I2R2

=-E

+UD(on)

=-5.4，解得I1

=5.7mA，I2

=5.4mA，于是ID

=I1

+I2

=11.1mA

。19工作电流IZ可以在IZmin到IZmax的较大范围内调节，两端的反向电压成为稳定电压UZ。IZ应大于IZmin以保证较好的稳压效果。同时，外电路必须对IZ进行限制，防止其太大使管耗过大，甚至烧坏PN结，如果稳压二极管的最大功耗为PM，则IZ应小于IZmax

=PM

/UZ。

4.3.4稳压二极管2021［例4.3.2］稳压二极管电路如图所示，稳定电压UZ=6V。当限流电阻R=200时，求工作电流IZ

和输出电压UO；当R=11k时，再求IZ

和UO。

解：当R=200

时，稳压二极管DZ处于稳压状态当R=11k

时，DZ处于截止状态，IZ

=0224.3.5二极管应用电路举例

一、整流电路

［例4.3.3］分析图

(a)所示的二极管整流电路的工作原理，其中二极管D的导通电压UD(on)=0.7V，交流电阻rD0。输入电压ui的波形如图

(b)所示。

23解：当ui>0.7V时，D处于导通状态，所以输出电压uo=ui-0.7；当ui<0.7V时，D处于截止状态，等效成开路，所以uo=0。于是可以根据ui的波形得到uo的波形，如图

(b)所示，传输特性则如图

(c)所示。电路实现的是半波整流，但是需要在ui的正半周波形中扣除UD(on)

得到输出。

24［例4.3.4］分析图

(a)所示的二极管桥式整流电路的工作原理，其中的二极管D1~D4为理想二极管，输入电压ui的波形如图

(b)所示。

25解：当ui>0时，D1和D2上加的是正向电压，处于导通状态，而D3和D4上加的是反向电压，处于截止状态。输出电压uo的正极与ui的正极通过D1相连，它们的负极通过D2相连，所以uo=ui；当ui<0时，D1和D2上加的是反向电压，处于截止状态，而D3和D4上加的是正向电压，处于导通状态。uo的正极与ui的负极通过D4相连，D3则连接了uo的负极与ui的正极，所以uo=-ui。于是可以根据ui的波形得到uo的波形，如图

(b)所示，传输特性则如图

(c)所示。电路实现的是全波整流。

26［例4.3.5］分析图示电路的输出电压uo的波形和传输特性。

27解：当输入电压ui>0时，二极管D1截止，D2导通，电路等效为图

(b)所示的反相比例放大器，uo=-(R2/R1)ui；当ui<0时，D1导通，D2截止，等效电路如图

(c)所示，此时uo=u-=u+=0。据此可以根据ui的波形画出uo的波形以及传输特性，如图

(d)所示。

28例4.3.5给出的是精密半波整流电路。为了实现精密全波整流，可以利用集成运放加法器，将半波整流的输出与原输入电压加权相加。如图所示，uo=-ui-2uo1。当ui>0时，uo1=-ui，uo=ui；当ui<0时，uo=-ui。

因此在任意时刻有uo=|ui|，所以该电路也称为绝对值电路。

29二、限幅电路［例4.3.6］二极管限幅电路如图

(a)所示，其中二极管D的导通电压UD(on)=0.7V，交流电阻rD0。输入电压ui的波形在图

(b)中给出，作出输出电压uo的波形。

30解：D处于导通与截止之间的临界状态时，其支路两端电压为

E+UD(on)=2.7V。当ui>2.7V时，D导通，所以uo=2.7V；当ui<2.7V时，D截止，其支路等效为开路，uo=ui。于是可以根据ui的波形得到uo的波形，如图

(c)所示，该电路把ui超出2.7V的部分削去后进行输出，是上限幅电路。

31［例4.3.7］二极管限幅电路如图

(a)所示，其中二极管D1和D2的导通电压UD(on)=0.3V，交流电阻rD0。输入电压ui的波形在图

(b)中给出，作出输出电压uo的波形。

32解：D1处于导通与截止之间的临界状态时，其支路两端电压为

-E-UD(on)=-2.3V。当ui<-2.3V时，D1导通，uo=-2.3V；当ui>-2.3V时，D1截止，支路等效为开路，uo=ui。所以D1实现了下限幅；D2处于临界状态时，其支路两端电压为

E+UD(on)=2.3V。当ui>2.3V时，D2导通，uo=2.3V；当ui<2.3V时，D2截止，支路等效为开路，uo=ui。所以D2实现了上限幅。综合uo的波形如图

(c)所示，该电路把ui超出2.3V的部分削去后进行输出，完成双向限幅。

33限幅电路的基本用途是控制输入电压不超过允许范围，以保护后级电路的安全工作。设二极管的导通电压UD(on)=0.7V，在图中，当

-0.7V<ui<0.7V时，二极管D1和D2都截止，电阻R1和R2中没有电流，集成运放的两个输入端之间的电压为ui；当ui>0.7V时，D1导通，D2截止，R1、D1和R2构成回路，对ui分压，集成运放输入端的电压被限制在UD(on)=0.7V；当ui<-0.7V时，D1截止，D2导通，R1、D2和R2构成回路，对ui分压，集成运放输入端的电压被限制在

-UD(on)=-0.7V。该电路把ui限幅到

0.7V到

-0.7V之间，保护集成运放。34图中，当

-0.7V<ui<5.7V时，二极管D1和D2都截止，ui直接输入A/D；当ui>5.7V时，D1导通，D2截止，A/D的输入电压被限制在5.7V；当ui<-0.7V时，D1截止，D2导通，A/D的输入电压被限制在

-0.7V。该电路对ui的限幅范围是

-0.7V到

5.7V。35［例4.3.8］稳压二极管限幅电路如图

(a)所示，其中稳压二极管DZ1和DZ2的稳定电压UZ=5V，导通电压UD(on)

近似为零。输入电压ui的波形在图

(b)中给出，作出输出电压uo的波形。

36解：当

|ui|<1V时，DZ1和DZ2都处于截止状态，其支路相当于开路，电路是电压放大倍数为

-5的反相比例放大器，uo=-5ui，uo最大变化到5V；当|ui|>1V时，DZ1和DZ2一个导通，另一个击穿，此时反馈电流主要流过稳压二极管支路，uo稳定在5V。由此得到图

(c)所示的uo波形。

37图示电路为单运放弛张振荡器。其中集成运放用作反相迟滞比较器，输出电源电压UCC或-UEE，R3隔离输出的电源电压与稳压二极管DZ1和DZ2限幅后的电压。仍然认为DZ1和DZ2的稳定电压为UZ，而导通电压UD(on)

近似为零。经过限幅，输出电压uo可以是高电压UOH=UZ或低电压UOL=-UZ。38作业：4-3、6、7、839三、电平选择电路［例4.3.9］图

(a)给出了一个二极管电平选择电路，其中二极管D1和D2为理想二极管，输入信号ui1和ui2的幅度均小于电源电压E，波形如图

(b)所示。分析电路的工作原理，并作出输出信号uo的波形。

选出最高或最低电平4041解：因为ui1和ui2均小于E，所以D1和D2至少有一个处于导通状态。不妨假设ui1<ui2，则D1导通后，uo=ui1，结果D2上加的是反向电压，处于截止状态；反之，当ui1>ui2时，D2导通，D1截止，uo=ui2；只有当ui1=ui2时，D1和D2才同时导通，uo=ui1=ui2。uo的波形如图

(b)所示。该电路完成低电平选择功能，当高、低电平分别代表逻辑1和逻辑0时，就实现了逻辑“与”运算。

42四、峰值检波电路［例4.3.10］分析图示峰值检波电路的工作原理。

解：电路中集成运放A2起电压跟随器作用。当ui>uo时，uo1>0，二极管D导通，uo1对电容C充电，uo=uCui，即uo随着ui增大；当ui<uo时，uo1<0，D截止，C不放电，uo=uC保持不变，此时A1是电压比较器。波形如图

(b)所示。电路中场效应管V用作复位开关，当复位信号uG到来时直接对C放电，重新进行峰值检波。

434.4

双极型晶体管

NPN型晶体管

PNP型晶体管

晶体管的物理结构有如下特点：发射区相对基区重掺杂；基区很薄，只有零点几到数微米；集电结面积大于发射结面积。

44一、发射区向基区注入电子

电子注入电流IEN，空穴注入电流IEP

二、基区中自由电子边扩散边复合

基区复合电流IBN

三、集电区收集自由电子

收集电流ICN

反向饱和电流ICBO4.4.1晶体管的工作原理45晶体管三个极电流与内部载流子电流的关系：

46IC=ICN+ICBOICN

=IC-ICBO定义：，称为穿透电流IB=0ICIB=IBN-ICBO47共发射极直流电流放大倍数：共基极直流电流放大倍数：换算关系：晶体管的放大能力参数

48晶体管的极电流关系

描述：描述：

494.4.2晶体管的伏安特性一、输出特性

测试线路RB保持不变，则IB保持不变，增大RC或减小UCC,得到一条输出特性曲线。改变IB

，增大RC或减小UCC,得到另外一条输出特性曲线50IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。51IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UBE>0,UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE（sat）称为饱和压降。临界饱和BE结正偏BC结零偏52IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:UBE<0，UBC<0，IB≤0,称为截止区。53输出特性三个区域的特点:放大区：BE结正偏，BC结反偏。有：IC=IB,且IC

=

IB恒流输出和基极调宽效应54(2)饱和区：BE结正偏，BC结零偏，临界饱和

BE结正偏，BC结正偏，饱和即：UCEUBE

，

IB>IC，

深饱和时，UCE（sat）0.3V

(3)截止区：

BE结反偏，BC结反偏，iB≤-ICBO

极电流绝对值很小55二、输入特性UCE1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。56基区调宽效应当UCE>0时，由于BC结反偏，随着UCE增大，BC结空间电荷区变厚，基区变薄，内部复合减弱，致使基极电流变小，称为基区调宽效应。574.4.3

晶体管的近似伏安特性和简化直流模型近似伏安特性简化直流模型I——放大区II——饱和区III——截止区584.4.4直流偏置下晶体管的工作状态分析实际应用需要使晶体管处于放大状态、饱和状态或截止状态，从而实现不同的功能。这是通过控制发射结和集电结的正偏与反偏来实现的。

确定直流偏置下晶体管工作状态的基本步骤：

1．根据外电路电源极性判断发射结是正偏还是反偏。如果发射结反偏或正偏电压不到|UBE(on)|，则晶体管处于截止状态，IB、IC和IE均为零，再由外电路计算极间电压UBE、UCE和UCB；

2．如果第1步判断发射结正偏电压达到|UBE(on)|，则晶体管处于放大状态或饱和状态，再判断集电结是正偏还是反偏。如果集电结反偏，则晶体管处于放大状态，这时UBE=UBE(on)

。根据外电路和UBE(on)

计算IB，接下来IC=bIB，IE=IB+IC。再由这三个极电流和外电路计算UCE和UCB；

3．如果第2步判断集电结正偏，则晶体管处于饱和状态。这时UBE=UBE(on)

，UCE=UCE(sat)

，UCB=UCE-UBE，再由这三个极间电压和外电路计算IB、IC和IE。59［例4.4.1］晶体管直流偏置电路如图所示，已知晶体管的UBE(on)=0.6V，=50。当输入电压UI分别为0V、3V和5V时，判断晶体管的工作状态，并计算输出电压UO。

解：晶体管三个极电流的正方向如图中所示。当UI=0V时，晶体管处于截止状态，IC=0，UO=UCC-ICRC=12V；当UI=3V时，晶体管处于放大或饱和状态，假设晶体管处于放大状态，IB=[UI-UBE(on)]/RB

=40A，IC=bIB=2mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-UBE(on)=3.4V>0，所以集电结反偏，假设成立，UO=UC=4V；当UI=5V时，计算得到UCB=-3.28V<0，所以晶体管处于饱和状态，UO=UCE(sat)

。

60［例4.4.2］晶体管直流偏置电路如图所示，已知晶体管的UBE(on)=-0.7V，=50。判断晶体管的工作状态，并计算IB、IC和UCE。

解：图中晶体管是PNP型，UBE(on)=UB-UE=(UCC-IBRB)-IERE=UCC-IBRB-(1+b)IBRE=-0.7V，得到IB=-37.4A<0，所以晶体管处于放大或饱和状态。IC=bIB=-1.87mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-(UCC-IBRB)=-3.74V<0，所以集电结反偏，晶体管处于放大状态，IB=-37.4A，IC=-1.87mA，UCE=UCB+UBE(on)=-4.44V。

61例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当USB

=-2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC(sat)

临界饱和电流：Q位于截止区

62例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？IC<

IC(sat)

(=1.88mA)

，

Q位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V时：63USB

=5V时:例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ位于饱和区，此时IC和IB

已不是倍的关系。644.4.5晶体管应用电路举例

一、对数和反对数运算电路

晶体管的电流方程图中，UO=-UBE=-UTln(IC/IS)，又IC=UI/R，所以这样就实现了对数运算。65图中，输出电压UO=ICR=-ISRexp(-UBE/UT)，而输入电压UI=-UBE，因此从而实现了UO和UI之间的反对数(指数)运算。

66二、

值测量电路

图示电路用以测量晶体管的共发射极电流放大倍数

。因为IC

=(U1

-U2)/R1，IB

=UO

/R2，所以

据此可以根据电压表的读数UO，结合预设电压U1和U2以及电阻R1和R2计算

。

67三、恒流源电路

如图所示，稳压二极管DZ的稳定电压UZ

=6V。UZ通过集成运放A传递到电阻R2上端，于是有IO

=IC

IE

=UZ

/R2

=20mA。

68作业：4-10、11、12、1669双极型晶体管

输入电阻小输入电流少子扩散导电易受温度射线的影响集成度低结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管

（Fieldeffecttransistor）

输入电阻极大输入电流几乎为零多子漂移导电温度稳定性好便于集成4.5场效应管

70N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构导电沟道4.5.1结型场效应管(JFET-----JunctiontypeFieldEffectTransister)71NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGS72PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGS73工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。74PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。75PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压UGSoff）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0AID76PGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS<0、

UGD<UGSoff时耗尽区的形状（沟道未夹断）NN越靠近漏端，PN结反压越大ID77PGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS较大时UGD<UGSoff时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID78GSDUDSUGSUGS<UGSoff

UGD=UGSoff时NN漏端的沟道被夹断，称为预夹断。UDS增大则被夹断区向下有所延伸。ID79GSDUDSUGSUGS<UGSoff

UGD=UGSoff时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID80三、特性曲线uGS0iDIDSSUGSoff饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的iD-uGS曲线81予夹断曲线iDuDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线082N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线uGS0iDIDSSUGSoff83输出特性曲线iDuDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线84

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。85一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型4.5.2绝缘栅场效应管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)86N沟道耗尽型PNNGSD预埋正离子，形成导电沟道GSD87NPPGSDGSDP沟道增强型88P沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋负离子，形成导电沟道金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）

89二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区90PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>UGSth）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子UGSth称为开启电压91UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS92PNNGSDUDSUGS当UDS较小时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。93PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD<UGSth

时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断。94三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0iDuGSUGSth95输出特性曲线iDuDS0UGS>0可变电阻区恒流区夹断区96uDSUGSiD0UA（厄尔利电压）沟道调制系数97四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0iDuGSUGSoff98输出特性曲线iDuDS0UGS=0UGS<0UGS>099

双极型晶体管场效应晶体管结构NPN型结型N沟道P沟道

PNP型