半导体-3教学课件

1、IE多子扩散形成的-电流 IB复合-电流 IC非平衡少子漂移-电流,回顾,多子和少子同时参与导电-称双极型晶体管,iB控制iC -晶体管是电流控制器件,要求发射结正偏集电结反偏,对应一个 iB 就有一条 iC 随 uCE 变化的曲线,输出特性曲线,iC 几乎仅仅决定于 iB ；也即由 iB 控制 iC,输入电流,输出电流,晶体管是输入电流控制输出电流，晶体管属于流控器件,判断晶体管工作状态的方法,放大,I C = IB,发射结正偏 集电结反偏,饱和,I C IB,两个结正偏,ICS = IBS 集电结零偏,临界,截止,IB = 0, IC = 0,两个结反偏,2、以偏置电压判断导通、截止、放大

2、三种状态,UBE Uon 则导通,以 NPN为 例：,UBE Uon 则截止,1. 电流判别法,IB IBS 则饱和,IB IBS 则放大,N沟结型 结构示意图,分：N沟、P沟； 结型、绝缘栅型,一、分类与符号,三个电极： 栅极g，源极s，漏极d,gate，source，drain,输入电压控制输出电流，为压控器件 仅多子参与导电，温度影响小 输入阻抗很高， 107 1012 ,特点：,工艺简单,结型 绝缘栅型,增强型 耗尽型,结型,P33,本来，导电沟道很宽,1.4 场效应管,二、N沟结型的工作原理,uDS 0，,uGS夹断称为夹断电压UGS(off),UGS(off),沟道消失,最初沟道很

3、宽,1、uGD=uGS0 ，PN结反偏，PN结增厚，沟道变窄，,先分析：把漏极源极短路，,加电压uGS 0，,这时uGD=uGS,直至完全闭合，沟道消失。,P- N+，PN结反偏,2、UGS(off)0,场效应管是输入电压控制输出电流，场效应管属于压控器件,夹断后，想改变 ，需靠改变 。,当uGD = UGS(off)，开始夹断,uGS夹断称为夹断电压UGS(off),-才能改变PN结的厚度、形状，才能使 iD 发生变化,当 uDS ，夹断点下移，夹断区向下延伸,设VDD=6V,若 uGS= -3V,则uGD= -9V,夹断区电阻非常大，uDS 的增加都降落在夹断区上，使漏极电流 iD 近为常

4、量,输出特性,UGS(off),当 UGS(off) uGS 0 ，结型的电流电压关系：,O,O,转移特性,饱和漏极电流 IDSS,漏极电流,P37,场效应管是电压控制器件,输出电流,输入的栅源电压,夹断电压,3、场效应管的特性曲线,(1) 场效应管的输出特性,分：可变电阻区、恒流区、夹断区,工作在恒流区-即放大状态,放大能力：低频跨导 单位：S 西门子 mS 毫西,N沟结型，当 UGS(off) uGS 0,P36,击穿发生在承受高电压的DG之间， 而uDG击穿是一定的,P 45 1.4.3,(2) 场效应管的转移特性,-代表恒流区的工作状态,饱和漏极电流,夹断电压,可变电阻区-沟道未夹断，

5、沟道电阻随 uDS变,恒流区-沟道成楔型，夹断处电阻很大,-两个特征点： IDSS ，UGS(off),场效应管的转移特性,场效应管的输出特性,(3) 据输出特性作转移特性的方法,预夹断点的uDS = uDG + uGS,预夹断点 uGD = UGS(off),4V,3V,2V,4V,1V,= -uGD + uGS,= -UGS(off)+uGS,图中预夹断点的uDS=,三、N 沟增强型的工作原理,比较： N 沟结型场效应管的结构和符号,绝缘栅型分：增强型，耗尽型；也有N 沟，P沟,绝缘栅型结构简单 工艺也简单,注意符号的特点,增强型,增强型，平常不存在导电沟道 耗尽型，平常就存在导电沟道,M

6、OS管,绝缘栅型的导电机理、控制原理与结型的不同,1、uDS 0时uGS对导电沟道的影响,2、取uGSUGS(th) ，同时加上uDS， 研究uDS对iD的影响,低掺杂P衬底,高掺杂N区,开启时的uGS = UGS(th),P38下图,预夹断点的 uDS = uDG+ uGS = - uGD+ uGS = uGS - UGS(th),Threshold,预夹断点的 uGD = UGS(th),=uGD,N沟道增强型MOS管的特性曲线,预夹断点的 uDS = uDG+ uGS = - uGD+ uGS = uGS - UGS(th),预夹断的 uGD = UGS(th),还有UGS2UGS(th

7、),g,d,s,uGS0 ，反型层增厚，同时加上uDS， iD随uGS的增大而增大,反型层、导电沟道已经存在,uGS UGS(off) 时，夹断，与结型相同。,耗尽型MOS管能够在uGS 0 ，= 0， 0 的一定范围内工作,四、N 沟耗尽型MOS管的工作原理,即 uGS 为正为负都能够控制 iD,Sio2 绝缘层中掺入正离子，反型层自然存在 uGS = 0 时已形成沟道；在 DS 间加正电压时形成 iD,可正可负,P 45 1.4.1,耗尽型 N 沟道 MOS管的特性曲线,输出特性,转移特性,IDSS,UGS(off),夹断 电压,饱和漏极电流,当 uGS UGS(off) 时，,O,与结型

8、同,可以把结型看作耗尽型的一种,看P 4142 图,注意P沟的特性曲线,五、场效应管的主要参数,开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型),uDS = 某值，使 iD 为某一小电流时的 uGS 值,UGS(th),2. 饱和漏极电流 IDSS,耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。,3. 直流输入电阻 RGS,指漏源间短路时，栅、源间加电压呈现的直流电阻。,JFET：RGS 107 ,MOS：RGS = 109 1012,4. 低频跨导 gm,反映了uGS 对 iD 的控制能力，单位 S(西门子)。一般为几毫西 (mS),O,N沟的,代表转移特性

9、在工作点附近的斜率,PDM = uDS iD，受温度限制，需辅以一定散热条件。,5. 漏源动态电阻 rds,6. 最大漏极功耗 PDM,六、 场效应管与晶体管的比较,P 44,一、二、三、四、五、六,1.5 集成电路中的元件,集成电路工艺,例 1.4.1 据输出特性曲线判断场效应管的种类,P43,预夹断的 uDS = uDG+ uGS = - uGD+ uGS = uGS - UGS(th),= 8 - 4 = 4V,为N沟道增强型场效应管,自测题 六、测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位如表T1.6所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。,表T1.6 管号UGS(th)/V US/V UG/V UD/V 工作状态 T1 4 -5 1 3 T2 -4 3 3 10 T3 -4 6 0 5,根据表中所示各极电位可判断出它们各自的工作状态,都有开启电压，为增强型,uGS=6V uDS=8V，恒流区,uGS= 0 uDS=7V，截止区,uGS=-6V uDS=-1V，可变电阻区,参考P 4142 图,例 已知某结型场效应管的