《基本半导体分立器》PPT课件

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1、1 电 子 技 术 基 础 模 拟 电 子 技 术 2 第 一 章 基 本 半 导 体 分 立 器 件o 1.1 半 导 体 的 基 本 知 识 与 PN结o 1.2 半 导 体 二 极 管o 1.3 特 殊 二 极 管o 1.4 半 导 体 三 极 管o 1.5 场 效 应 晶 体 管 3 1.1 半 导 体 的 基 本 知 识 与 PN结o 1.1.1 半 导 体 的 基 本 特 性o 1.1.2 本 征 半 导 体o 1.1.3 杂 质 半 导 体 o 1.1.4 PN结 的 形 成 与 单 向 导 电 性 4 1.1.1半 导 体 的 基 本 特 性o 导 体 ： 电 阻 率 小 于

2、10-4 .cm， 很 容 易 导 电 ， 称为 导 体 .如 铜 、 铝 、 银 等 金 属 材 料 ；o 绝 缘 体 ： 电 阻 率 大 于 1010 .cm， 很 难 导 电 ， 称为 绝 缘 体 ， 如 塑 料 、 橡 胶 、 陶 瓷 等 材 料 ；o 半 导 体 ： 电 阻 率 在 10-3109 .cm， 导 电 能 力 介于 导 体 和 绝 缘 体 之 间 ， 例 如 硅 (Si)和 锗 (Ge)等半 导 体 材 料 ； 5 半 导 体 材 料 制 作 电 子 器 件 的 原 因 ?o 不 是 因 为 它 的 导 电 能 力 介 于 导 体 和 绝 缘 体 之 间 ，而 是 在

3、于 半 导 体 材 料 具 有 热 敏 性 、 光 敏 性 和 掺杂 性 。 6 半 导 体 材 料 制 作 电 子 器 件 的 原 因 ?1、 热 敏 性 ： 是 半 导 体 的 导 电 能 力 随 着 温 度 的 升 高 而 迅 速 增 加 ，例 如 纯 净 锗 从 20 升 高 到 30 时 ， 电 阻 率 下 降 为 原 来 的1/2；2、 光 敏 性 ： 半 导 体 的 导 电 能 力 随 光 照 的 变 化 有 显 著 改 变 的 特性 ； 例 如 硫 化 镉 薄 膜 在 暗 处 ： 电 阻 为 几 十 M 。 光 照 ： 电阻 下 降 为 几 十 K3、 掺 杂 性 ： 是 半

4、导 体 导 能 力 ， 因 掺 入 适 量 的 杂 质 而 发 生 很 大的 变 化 ， 例 如 在 半 导 体 硅 中 ， 只 要 掺 入 亿 分 之 一 的 硼 杂 质 ，电 阻 率 下 降 到 原 来 的 几 万 分 之 一 ， 利 用 这 一 特 性 ， 可 以 制 造 出 不 同 性 能 不 同 用 途 的 半 导 体 器 件 。 7 +4+14 2 8 4 +32 2 8 18 4硅 (锗 )的 原 子 结 构硅 锗 硅 (锗 )的 原 子 结 构 简 化 模 型1.1.2 本 征 半 导 体Si Ge 8 1.1.2 本 征 半 导 体 1、 本 征 半 导 体 的 原 子 结

5、构把 非 常 纯 净 的 原 子 结 构排 列 非 常 整 齐 的 半 导 体称 为 本 征 半 导 体 。 9 +4+4+4 +4+4+4 +4+4+4共 价 键1.1.2 本 征 半 导 体A 硅 原 子 电 子 数 为 14， 最 外 层电 子 为 四 个 ， 是 四 价 元 素B、 硅 原 子 结 合 方 式 是 共 价 键结 合 ：(i)每 个 价 电 子 都 要 受 到 相 邻两 个 原 子 核 的 束 缚 ;(ii)半 导 体 的 价 电 子 既 不 象 导体 的 价 电 子 那 样 容 易 挣 脱 成 为 自 由 电 子 ， 也 不 象 绝 缘 体 中 被束 缚 ， 所 以 其

6、 导 电 能 力 介 于 导体 与 绝 缘 体 之 间1、 本 征 半 导 体 的 原 子 结 构 共 价 键 结 合 ， 以 硅 原 子 为 例 10 +4+4+4 +4+4+4 +4+4+4 共 价 键2、 本 征 半 导 体 的 激 发 与 复 合 空 穴自 由 电 子空 穴A、 本 征 激 发 电 子 、 空 穴 对 的 产 生B、 电 子 与 空 穴 的 复 合 D、 最 后 达 到 动 态 的 平 衡C、 空 穴 是 可 以 移 动 的 ， 其实 是 共 价 键 的 电 子 依 次 填 补空 穴 ， 形 成 空 穴 的 移 动 11 I IPIN 空 穴 电 流电 子 电 流3、

7、自 由 电 子 的 运 动 与 空 穴 的 运 动外 电 路 电 流 NP III 图 1-5 本 征 半 导 体 中 载 流 子 的 导 电 方 式 半 导 体 中 两 种 载 流 子 ：带 正 电 荷 的 空 穴 带 负 电 荷 的 自 由 电 子外电场它 们 在 外 电场 的 作 用 下 ，会 出 现 定 向运 动本 征 半 导 体 12 3、 自 由 电 子 的 运 动 与 空 穴 的 运 动1、 共 价 键 中 的 电 子 依 次 填 补 空 穴 ， 形 成 空 穴 的 运动 ；2、 半 导 体 中 两 种 载 流 子 ： (1) 一 是 带 负 电 荷 的 自 由 电 子 ； 二

8、是 带 正 电 荷 的 空 穴 ， 它 们 在 外 电 场 的 作 用 下 ， 会 出 现 定 向 运 动 (2) 在 外 电 场 作 用 下 形 成 电 子 流 I N和 空 穴 流 IP (3) 在 外 电 路 中 总 电 流 I=IN+IP 13 1.1.2 本 征 半 导 体4、 本 征 激 发 产 生 的 载 流 子 数 量 仍 然 很 少 ， 本 征 半导 体 导 电 能 力 很 差 ， 不 能 直 接 用 于 制 造 晶 体 管 ，只 有 在 本 征 半 导 体 中 掺 入 适 量 的 杂 质 ， 极 大 提高 其 导 电 性 能 ， 成 为 杂 质 半 导 体 ， 才 能 用

9、于 制造 各 种 半 导 体 器 件 14 1.1.3杂 质 半 导 体1、 N型 半 导 体 N-type Semiconductor2、 P型 半 导 体 P-type Semiconductor 15 +4+4 +4+5 +4+41、 N型 半 导 体磷 原 子 空 穴 是 少 子电 子 是 多 子硅 原 子多 数 载 流 子电 子 少 数 载 流 子空 穴N型 半 导 体 简 化 模 型A、 在 四 价 的 本 征 硅 中 掺 入 微 量 的 五 价 磷 。B、 磷 原 子 失 去 一 个 电 子 自 身 成 不 能 移 动 的 带 正 电 荷 的 离子 ， 称 为 施 主 杂 质 。

10、 掺 入 一 个 磷 原 子 就 提 供 一 个 自 由 电 子 ,所 以 电 子 是 多 子 .C、 N型 半 导 体 中 ,电 子 是 多 子 ,空 穴 是 少 子 I=IP+ININD、 整 块 的 半 导 体 仍 为 中 性 16 +4+4 +4+3 +4+42、 P型 半 导 体硅 原 子硼 原 子A、 在 四 价 的 本 征 硅 中 掺 入 微 量 的 3价 硼B、 硼 原 子 在 共 价 键 留 下 一 个 空 位 ， 相 邻 硅 原 子 中 的 价 电 子 容 易移 过 来 填 补 个 空 位 。 硼 原 子 接 受 一 个 电 子 ， 成 为 带 负 电 的 离子 ， 称 受

11、 主 杂 质 ； 在 相 邻 硅 共 价 键 中 产 生 一 个 带 正 电 的 空 穴C、 P型 半 导 体 中 ： 空 穴 是 多 子 ； 电 子 是 少 子 I=IP+INIPD、 整 块 的 半 导 体 仍 为 中 性 空 穴 是 多 子电 子 是 少 子P型 半 导 体 简 化 模 型多 数 载 流 子 少 数 载 流 子 17 1.1.4 PN结 的 形 成 与 单 向 导 电 性P型 区 N型 区内 建 电 场 PN结(1)多 子 的 扩 散 运 动 产 生 空 间 电 荷 区 建 立 内 电 场2 随 着 内 电 场 由 弱 到 强 得 建 立 ,少 子 漂 移 从 无 到 有

12、 ,逐 渐 加 强 ,而 扩 散 运 动 逐 渐 减 弱 , 形 成 平 衡 的 PN结 。1、 PN结 (PN Junction)的 形 成 多 子 的 扩 散多 子 的 扩 散 18 1.1.4 PN结 的 形 成 与 单 向 导 电 性P型 区 N型 区内 建 电 场 PN结1、 PN结 (PN Junction)的 形 成 19 2、 PN结 的 单 向 导 电 性(1) 正 向 偏 置 (forward bias外 加 正 向 电 压 ) (2) 反 向 偏 置 (reverse bias外 加 反 向 电 压 ) 20 (1)、 外 加 正 向 电 压 (正 向 偏 置 forwa

13、rd bias) P N内电场外电场正 向 电 流 IF IF = I多 子 I少 子 I多 子A、 正 向 偏 压 的 接 法 ： P区 接 高 电 位 ， N区 接 低 电 位B、 正 向 偏 压 削 弱 内 电 场 ， 有 利 多 子 的 扩 散 运 动 ，使 PN结 空 间 电 荷 区 变 窄 ；C、 正 向 偏 压 时 ， PN结 为 导 通 状 态 ， 外 电 路 电流 I F很 大 ， PN结 呈 现 的 正 向 电 阻 很 小 限 流 电 阻RU I多 子 PN结 为 导 通 状 态 21 P N内电场IR = I少 子 0反向电流IRA、 反 向 偏 压 的 接 法 ： P区

14、 接 低 电 位 ， N区 接 高 电 位B、 反 向 偏 压 内 电 场 增 强 ， 不 利 多 子 扩 散 运 动 ， 有 利于 少 子 的 漂 移 运 动 ， 形 反 向 电 流 I R， IR很 小 ， 硅 管 为纳 安 数 量 级 ， 锗 管 为 微 安 数 量 级 。C、 反 向 偏 压 ， 使 PN结 空 间 电 荷 区 变 宽 。D、 反 向 偏 压 PN结 为 截 止 状 态 ， 外 电 路 电 流 接 近 为 O，PN结 呈 现 的 反 向 电 阻 很 大 (2) 外 加 反 向 电 压 (反 向 偏 置 reverse bias）限 流 电 阻R外电场UI少 子 PN结

15、为 截 止 状 态 22 1.2半 导 体 二 极 管 (Semiconductor Diode)o 1.2.1二 极 管 的 结 构 与 类 型o 1.2.2二 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 与 近 似 模 型o 1.2.3二 极 管 主 要 参 数o 1.2.4二 极 管 在 电 子 技 术 中 的 应 用 简 介 23 1.2.1二 极 管 的 结 构 与 类 型构 成 ： PN 结 + 引 线 + 管 壳 = 二 极 管 (Diode)符 号 ： A (anode) C (cathode)分 类 ：按 材 料 分 硅 二 极 管锗 二 极 管 按 结 构 分 点 接 触 型面 接

16、 触 型平 面 型1、 结 构 与 类 型 24 1.2.1二 极 管 的 结 构 与 类 型负 极引 线点 接 触 型正 极引 线 金 属 触 丝N 型 锗 片外 壳 负 极 引 线 面 接 触 型N型 锗 PN 结 正 极 引 线铝 合 金小 球 底 座 金 锑合 金 正 极引 线 负 极引 线 平 面 型NP 型 支 持 衬 底PPN结（ 常 见 二 极 管 的 结 构 和 外 型 ）2、 特 点 与 用 途 25 26 1.2.2二 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 与 近 似 模 型1、 伏 安 特 性 曲 线 通 过 二 极 管 的 电 流 随 外 加 偏 压 的 变 化 规 律

17、 ，称 为 二 极 管 的 伏 安 特 性 。 以 曲 线 的 形 式 描 绘 出 来 ， 就 是 伏 安 特 性 曲 线 。 正 向 偏 压 反 向 偏 压I F UFV mA IRURV A 27 I S击 穿 电 压 UBR图 1-12 二 极 管 的 伏 安 特 性 FISI 锗 管硅 管 AA0 1.2.2二 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 与 近 似 模 型硅 管锗 管 死 区 电 压IF /mA正 向 电 流 10403020 0.2 0.60.4 1.00.8 UF/VUR/V IR/ A反 向 电 流反 向 电 压 正 向 电 压1、 正 向 特 性 加 正 向 偏 压

18、UF A、 UF较 小 时 ， IF较 小 B、 UF大 于 死 区 电 压 时 ， IF迅速 增 加 ， 并 按 指 数 规 律 上 升 。如 图 中 A段 所 示 C、 当 二 极 管 电 流 变 化 很 大 时 ，二 极 管 两 端 电 压 几 乎 不 变 ， 硅管 约 0.60.7V， 锗 管 约0.20.3V， 分 别 作 为 正 向 工 作时 两 端 直 流 压 降 得 估 算 值 。 2、 反 向 特 性 加 反 向 偏 压 UR A、 反 向 电 流 IR是 少 子 漂 移 运 动 引起 ， 所 以 数 量 小 ， 几 乎 不 变 ， 又 称为 反 向 饱 和 电 流 IS。

19、B、 当 温 度 升 高 ， IS增 加 C、 硅 管 IS小 于 1uA， 锗 管 为 几 十到 几 百 uA。3、 击 穿 特 性 当 UR继 续 增 大 ， 并 超 过 某 一 个 特定 电 压 值 时 ， IR将 急 剧 增 大 ， 这 种现 象 称 为 击 穿 ， 这 时 对 应 的 电 压 叫击 穿 电 压 UBR。1、 伏 安 特 性 曲 线 28 1.2.2二 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 与 近 似 模 型IF UF 图 1-13 二 极 管 的 近 似 模 型02、 二 极 管 的 近 似 模 型(1)理 想 模 型 A、 正 向 导 通 ， 管 压 降 为 0， 即

20、UF=0， 视 二 极 管 为 短 路 ；B、 反 向 截 止 ， 电 流 为 0， 即 IF=0，视 二 极 管 为 开 路(2)恒 压 降 模 型A、 正 向 导 通 时 二 极 管 管 压 降 为 恒定 值 ： 硅 管 0.7V 锗 管 0.3V B、 反 向 截 止 ， IF=0C、 当 IF1 mA时 ， 恒 压 降 模 型的 近 似 精 度 还 是 相 当 高 的 。 IF UF0 7.0 硅 管 29 1、 最 大 整 流 电 流 IF 指 二 极 管 在 一 定 温 度 下 ， 长 期 允 许 通 过 的 最 大正 向 平 均 电 流2、 反 向 击 穿 电 压 UBR 管 子

21、 反 向 击 穿 时 的 电 压 值 称 为 反 向 击 穿 电 压 UBR。 一 般 手 册 上 给 出 的 最 高 反 向 工 作 电 压 URM约 为 反向 击 穿 电 压 的 一 半1.2.3二 极 管 主 要 参 数 FI BRU 30 1.2.3二 极 管 主 要 参 数3、 反 向 电 流 IR（ 反 向 饱 和 电 流 IS) 这 个 值 越 小 ， 则 管 子 的 单 向 导 电 性 就 越 好 。 RI 31 1.2.3二 极 管 主 要 参 数4、 结 电 容 与 最 高 工 作 频 率 fM PN 结 的 电 容 效 应 (1)PN结 加 电 压 后 ， 其 空 间 电

22、 荷 区 会 发 生 变 化 ， 这 种 变 化 造 成 的 电 容 效 应 称 为 结 电 容 。 (2)结 电 容 越 大 。 二 极 管 的 高 频 单 向 导 电 性 越 差 。 (3)fM就 是 二 极 管 仍 然 保 持 单 向 导 电 性 的 外 加 电 压 最 高 频 率 。P N 32 IF /mA 0.2 0.60.4 0.8UF/V5、 二 极 管 的 温 度 特 性 C20o C50oC50o C75oC75o1.2.3二 极 管 主 要 参 数 C20oT 升 高 时 ， UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降 ,输 入 曲 线 左 移当 温 度 升 高 1

23、0 C时 ，IR增 加 一 倍 IR/ A UD(on)半 导 体 具 有 热 敏 性 ， 温 度 变化 ,使 二 极 管 参 数 发 生 变 化 ，使 二 极 管 工 作 不 稳 定 。 IF A 33 1.2.4二 极 管 在 电 子 技 术 中 的 应 用 简 介1、 整 流 应 用 利 用 二 极 管 单 向 导 电 性 把 大 小 和 方 向 都 变 化 的正 弦 交 流 电 变 为 单 向 脉 动 的 直 流 电 34 UiU o tt截 止导 通Ui UoVD RL(a) 二 极 管 整 流 电 路 ; (b) 输 入 与 输 出 波 形 1、 整 流 应 用 35 2、 限 幅

24、 的 应 用利 用 二 极 管 单 向 导 性 ， 将 输 出 电 压 限 定 在 要 求的 范 围 之 内 ， 称 为 限 幅 。 36 导 通截 止导 通截 止2、 限 幅 的 应 用u oui t-3 t+3-5uo/vui/v+5E1 3v 3v E2（ a） 双 向 限 幅 电 路 ; （ b） 输 入 与 输 出 波 形1DV 2DV v3 v3Ui3V: VD1导 通 ,VD2截 止U0=3V-3V:2导 通 1截 止 -3V-3V Ui 3V:D1、 VD2都 截 止 Ui 37 1.3 特 殊 二 极 管o 1.3.1 稳 压 二 极 管o 1.3.2 发 光 二 极 管 与

25、 光 敏 二 极 管o 1.3.3 变 容 二 极 管 38 1.3.1 稳 压 二 极 管1、 稳 压 二 极 管 伏 安 特 性 曲 线 及 其 工 作 原 理 稳 压 管 的 稳 压 作 用 在 于 ： 在 反 向 击 穿 区 内 ， 反 向电 流 IZ有 很 大 变 化 ， 而 稳 压 管 两 端 电 压 UZ几 乎保 持 不 变 。 只 要 IzminIZ IZmin. IZmin约 为 几 mA以 上 (3)最 大 的 稳 定 电 流 IZM和 最 大 的耗 散 功 率 PZM IZ IZmin=5mA,稳 压 管 处于 反 向 击 穿 状 态 ， 稳 压 输 出 ， 则 uo1=

26、6Vo ( b ) 若 uo1=UZ=6V， 则 IZ2=（ 10V-6V)/2K=2mA0, uBC0 特 点 ： 失 去 放 大 能 力 ， 即 iC iB不 成 立 ,即 iB不 能 控 制 iC 的 变 化 。1 截 止 区 ： 区 域 ： iB0 输 出 特 性 曲 线 以 下 的 区 域 为 截 止 区 条 件 ： 发 射 结 、 集 电 结 均 反 偏 0, 集 电 结 反 偏 ， uBC0 特 点 ： (A)有 放 大 特 性 ： iC iB (B)有 恒 流 特 性 ： iC与 uCE无 关 。 ICEO b ce CRCCUCiBi BEUBR EiBBU 输 入 回 路

27、输 出 回 路CEU 69 o 【 例 2-1】 测 得 三 只 晶 体 管 的 直 流 电 位 如 图 (a)、 (b)、 (c)所 示 ， 试 判 断 它 们 的 工 作 状 态 。 70 o 解 ： 图 (a)中 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 也 正 偏 ， 所以 该 管 工 作 在 饱 和 状 态 。o 图 (b)中 发 射 结 正 偏 集 电 结 反 偏 ， 所 以 该 管 工作 在 放 大 状 态 。o 图 2(c)中 晶 体 管 发 射 结 反 偏 ， 集 电 结 也 反 偏 ，所 以 该 管 工 作 在 截 止 状 态 。 71 o 例 2-2 如 图 所 示 晶 体 三

28、 极 管 工 作 在 线 性 放 大 状态 ， 试 判 断 三 极 管 是 NPN型 管 还 是 PNP型 管 ，并 区 分 发 射 极 E、 基 极 B、 集 电 极 C三 个 电 极 。 72 1.4.4 三 极 管 的 主 要 参 数1、 电 流 放 大 系 数（ 1） 共 发 射 极 直 流 电 流 放 大 系 数 （ 2） 共 发 射 极 交 流 电 流 放 大 系 数（ 3） 输 出 特 性 曲 线 近 于 平 行 等 距 ， 且 I CEO很 小 时 ， BCII BCB CEOC III II 73 o （ 4） 共 基 极 直 流 电 流 放 大 系 数o （ 5） 共 基

29、极 交 流 电 流 放 大 系 数o （ 6)当 I CBO很 小 时o 74 1.4.4 三 极 管 的 主 要 参 数2、 极 间 反 向 电 流（ 1） 集 电 极 基 极 间 反向 饱 和 电 流 ICBO A、 发 射 极 开 路 （ IE= 0）时 ， 基 极 和 集 电 极 之 间 的 反向 电 流 称 ICBO B、 硅 管 I CBO 1A锗 管 ICBO =10A 左 右 C、 ICBO越 小 ， 管 子 质 量 越好 。 A b ceCBOI 75 1.4.4 三 极 管 的 主 要 参 数2、 极 间 反 向 电 流 (2)集 电 极 发 射 极 间 的 反向 电 流

30、ICEO A、 基 极 开 路 时 （ IB=0） ， 集电 极 与 发 射 极 之 间 加 反 向 电 压时 ， 从 集 电 极 穿 过 基 区 流 到 发射 极 的 电 流 称 I CEO B、 ICEO =（ 1+） ICBO C、 要 求 ICEO越 小 越 好 。 Ab ce CEOIb ce CRCCUCiBi BEUBR EiBBU 输 入 回 路 输 出 回 路CEU 76 全1.4.4 三 极 管 的 主 要 参 数3、 极 限 参 数(1)基 极 开 路 时 ， 集 电 极 与 发 射 极之 间 的 反 向 击 穿 电 压 U(BR)CEO。 使用 时 三 极 管 各 电

31、极 间 的 电 压 不 要超 过 U(BR)CEO就 可 以 了 。(2)集 电 极 最 大 允 许 电 流 I CM。IC。 ICM 就 是 表 示 下 降 到额 定 值 的 1/3 2/3时 的 IC值 ， 正常 工 作 时 ， iC ICM。(3)集 电 极 最 大 允 许 耗 散 功 率 PCM = iCuCE。 在 的 输 出 特 性 曲 线 上 ，做 出 三 极 管 临 界 损 耗 线 ， 如 图 iC/mA U(BR)CEOICEO Ci0ICM 安 工 作 区 CEuPCM = iCuCE损过 耗 区输 出 特 性 曲 线b ce CRCCUCiBi BEUBR EiBBU 输

32、 入 回 路 输 出 回 路CEU 77 1.4.5 温 度 对 三 极 管 参 数 的 影 响1、 温 度 对 ICBO的 影 响 温 度 每 升 高 10 ， ICBO就 增 加 一 倍 。2、 温 度 对 的 影 响 三 极 管 的 电 流 放 大 系 数 随 温 度 升 高 而 增 大 。 三 极 管 每 升 高 1 ， 相 应 地 增 大 0.5 13、 温 度 对 发 射 结 正 向 电 压 降 U BE的 影 响 当 温 度 上 升 1 ， UBE电 压 下 降 (2 2.5mV/ )b ce CRCCUCiBi BEUBR EiBBU 输 入 回 路 输 出 回 路CEU 78

33、 1.5 场 效 应 管前 面 研 究 的 三 极 管 ,空 穴 和 电 子 均 参 与 了 导 电 , 是双 极 型 器 件 ， 是 电 流 控 制 器 件 。 而 场 效 应 管 （ FET，Field Effect Transistor） 只 有 一 种 载 流 子 多 子 参 与 导 电 ,所 以 是 一 种 单 极 型 器 件 .它 具 有 输 入阻 抗 高 的 特 点 ,同 时 受 温 度 和 辐 射 影 响 较 小 ,又 便 与集 成 化 ,也 成 为 当 今 集 成 电 路 发 展 的 重 要 方 向 。 79 N + N+ P沟道耗 尽 层g sd g sdiDPP沟 道 J

34、FET1、 结 型 场 效 应 管 的 结 构 和 类 型类 型 : N 沟 道 JFET P 沟 道 JFET 1.5.1 结 型 场 效 应 管 结 构 ： 在 一 块 掺 杂 浓 度 较 低 的 N型 硅片 两 侧 ， 制 作 两 个 高 浓 度 的 P区 ， 形成 两 个 P区 （ 用 P+表 示 ） ， 把 它 连 接在 一 起 ， 引 出 一 个 电 极 为 栅 极 g， 中间 N型 半 导 材 料 两 端 各 引 出 一 个 电 极分 别 叫 源 极 s和 漏 极 d。 s、 d极 可 以 互换 使 用 ， 中 间 的 N区 域 流 过 电 流 ， 所 以 称 为 导 电 沟 道

35、 .g、 s、 d三 个 极 分 别与 三 极 管 b、 e、 c极 相 对 应 。 符 号 图中 的 箭 头 表 示 由 P区 (栅 极 )指 向 N区(沟 道 )的 方 向 。P+ P+耗 尽 层g(Gate) d(Drain) g sdiDNN 沟 道 JFET iDs(Source)N沟道 80 1.5.2绝 缘 栅 场 效 应 管 。o IGFET（ Insulated Gate Field Effect Transistor） IGFET是 目 前 应 用 最 广 泛 的 金 属 氧化 物 半 导 体 （ Metal Oxide Semiconductor）绝 缘 栅 场 效 应

36、管 ， 简 称 为 MOSFET或 MOS管 。 因 为 它的 栅 极 处 于 绝 缘 状 态 ， 所 以 叫 绝 缘 栅 场 效 应 管 。它 是 利 用 半 导 体 表 面 的 电 场 效 应 工 作 的 ， 也 称 为表 面 场 效 应 器 件 。 MOS管 输 入 电 阻 更 高 ， 可 达10 15 以 上 ， 并 且 便 于 集 成 ， 是 目 前 发 展 很 快 的 一种 器 件 。 81 增 强 型 MOS场 效 管绝 缘 栅 场 效 应 管 也 有 N沟 道 和 P沟 道 两 种 ， 每 一 种又 分 为 增 强 型 和 耗 尽 型 两 种 。(1)结 构 与 电 路 符 号

37、 P 型衬底(掺 杂 浓 度 低 ) 用 扩 散 的 方 法制 作 两 个 N 区在 硅 片 表 面 生 一层 薄 SiO2 绝 缘 层用 金 属 铝 引 出源 极 和 漏 极 D在 绝 缘 层 上 喷 金属 铝 引 出 栅 极 GBS -源 极 Source G - 栅 极 Gate D -漏 极 DrainSG D 衬 底耗 尽 层（ a） 增 强 型 NMOSFET的 结 构 ;（ b） 增 强 型 NMOSFET的 电 路 符 号 ; （ c） 增 强 型 PMOSFET的 电 路 符 号 SG D 衬 底N+N+ （ a） （ b） （ c）箭 头 方 向 是 表 示 由 P（ 衬

38、底 ） 指 向N（ 沟 道 ） ， 符 号 中 的 断 线 表 示 当 uGS 0时 ， 导 电 沟 道 不 存 在 。 82 双 极 型 和 场 效 应 型 三 极 管 的 比 较双 极 型 三 极 管 单 极 型 场 效 应 管载 流 子 多 子 扩 散 少 子 漂 移 少 子 漂 移输 入 量 电 流 输 入 电 压 输 入控 制 电 流 控 制 电 流 源 电 压 控 制 电 流 源输 入 电 阻 几 十 到 几 千 欧 几 兆 欧 以 上噪 声 较 大 较 小 静 电 影 响 不 受 静 电 影 响 易 受 静 电 影 响制 造 工 艺 不 宜 大 规 模 集 成 适 宜 大 规 模

39、 和 超 大 规 模 集成 833、 场 效 应 管 使 用 注 意 事 项（ 1） 不 要 使 栅 极 悬 空 ， 即 使 不 用 时 ， 也 要 用 金 属 导 线 将 三个 电 极 短 接 起 来 。 焊 接 时 ， 应 把 电 烙 铁 断 开 电 源 后 再行 焊 接 ， 以 免 感 应 击 穿 栅 极 。（ 2） 结 型 场 效 应 管 栅 压 不 能 接 反 ， 否 则 PN结 正 偏 ， 栅 流过 大 ， 使 管 子 损 坏 。（ 3） 可 以 用 万 用 表 测 结 型 场 效 应 管 的 PN结 正 、 反 电 阻 ，但 绝 缘 栅 管 不 能 用 万 用 表 直 接 去 测

40、 三 个 电 极 ,应 该 用接 地 良 好 的 专 门 仪 器 才 能 测 试 管 子 的 好 坏 。（ 4） 场 效 应 管 S和 D极 可 以 互 换 使 用 ， 但 有 些 产 品 出 厂 时 ， 已 把 S极 和 衬 底 连 在 一 起 ， 这 时 D、 S就 不 能 互 换 。 84 1.5.3 场 效 应 管 与 三 极 管 的 特 点 比 较sg diD sg d iD 0 uDS /ViD /mAuGS = 0v 1v 3vuGS /ViD /mA 3v 0 IDSS结型场效应管 沟道沟道PN uGS /ViD /mA 3vIDSS 0 uDS /ViD /mAuGS = 0

41、 V1 v3 vUGS(off) UGS(off) 85 1.5.3 场 效 应 管 与 三 极 管 的 特 点 比 较增强绝缘栅场效应管 沟道沟道PN O uDS /ViD /mAuGS = 6 V5 V4 V3 Vsgd 衬 底iD sg d 衬 底iD 3 O uGS /viD /mA 3 uGS /viD /mA O uDS /ViD /mAuGS = -6 V-5 V-4 V-3VUGS(th)OUGS(th) 86 1.5.3 场 效 应 管 与 三 极 管 的 特 点 比 较耗尽型绝缘栅场效应管 沟道沟道PN sg d 衬 底iDiDsg d衬 底 uGS /ViD /mA 4 O O uDS /ViD /mAuGS = 2 V0 V 2 V 4 VuGS /ViD /mA O 4 O uDS /ViD /mAuGS = -2 V0 V 2 V 4VUGS(off) UGS(off)IDSSIDSS