第1章半导体元件及其特性课件

1第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024第 1 章半导体元件及其特性 二极管二极管半导体基础知识与半导体基础知识与PN结结晶体管晶体管场效应管场效应管本章小结本章小结2第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.1 半导体基础知识与PN结 主要要求：主要要求：1.1.了解了解半导体半导体材料的基本知识材料的基本知识2.2.理解关于理解关于半导体半导体的基本概念的基本概念3.3.理解理解PNPN结的形成结的形成4.4.掌握掌握PNPN结的单向导电作用结的单向导电作用3第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 1.半导体的特点半导体的特点 半导体是制造电子器件的主要原料，它的广泛应用不是半导体是制造电子器件的主要原料，它的广泛应用不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是它的电阻率因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是它的电阻率可以随温度、光照、杂质等因素的不同而呈现显著的区别。可以随温度、光照、杂质等因素的不同而呈现显著的区别。自然界中的物质按导电性能可以分为自然界中的物质按导电性能可以分为 半导体导电特性独有的特点半导体导电特性独有的特点导体导体半导体半导体热敏性热敏性光敏性光敏性1.1.1 半导体的特点半导体的特点绝缘体绝缘体杂敏性杂敏性4第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.本征半导体本征半导体 常用的半导体材料有常用的半导体材料有硅（硅（Si）和和锗（锗（Ge），高纯度，高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。把这种纯净的、原子结构排列整齐的半导体称为的、原子结构排列整齐的半导体称为本征本征半导体。半导体。硅和锗的硅和锗的外层价电子都外层价电子都是是4个，所以个，所以都是都是4价价元素，元素，右图是硅和锗右图是硅和锗的原子结构示的原子结构示意图。意图。（a）硅原子结构）硅原子结构 （b）锗原子结构）锗原子结构5第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示：原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如下图所示：价电子（热激发）价电子（热激发）自由电子自由电子-空穴对空穴对（1）温度越高，自由电子）温度越高，自由电子-空穴空穴对数目越多；对数目越多；（2）自由电子）自由电子-空穴数目相等，空穴数目相等，对外不显电性。对外不显电性。硅（锗）原子在晶体中的共价键排列硅（锗）原子在晶体中的共价键排列复合复合平衡平衡6第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024注意：注意：半导体与导体不同，内部有两种载半导体与导体不同，内部有两种载流子参与导电流子参与导电自由电子与空穴。在自由电子与空穴。在外加电场的作用下，有：外加电场的作用下，有：I=In（电子电流）（电子电流）+Ip（空穴电流）（空穴电流）空穴导电的实质是价电子的定向移动！空穴导电的实质是价电子的定向移动！7第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 3.掺杂半导体掺杂半导体 本征半导体实际使用价值不大，但如果在本征半导体中掺入微量某种杂质元素，就形成了广泛用来制造半导体元器件的N型和P型半导体。根据掺入杂质的不同掺杂半导体可以分为根据掺入杂质的不同掺杂半导体可以分为N型半导体型半导体P型半导体型半导体8第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 （1）N型半导体型半导体杂质为少量杂质为少量5价元素，如磷（价元素，如磷（P）；）；（2）P型半导体型半导体杂质为少量杂质为少量3价元素，如硼（价元素，如硼（B）。）。N 型型磷原子磷原子自由电子自由电子自由电子自由电子多多数载流数载流子子空穴空穴少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子自由电子自由电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数两种载流子运动演示两种载流子运动演示9第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024注意：注意：无论是无论是N型还是型还是P型半导体都是电型半导体都是电中性，对外不显电性！中性，对外不显电性！10第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.1.2 PN结形成与特性结形成与特性什么是什么是PN结？结？PN PN结是结是P P型与型与N N型半导体区域交界处的特型半导体区域交界处的特殊带电薄层，具有特殊的单向导电性，是半殊带电薄层，具有特殊的单向导电性，是半导体元器件制造的基础单元。导体元器件制造的基础单元。11第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024载流子载流子浓度差浓度差复复合合(耗尽层耗尽层)内电场内电场阻碍阻碍多子扩散多子扩散帮助帮助少子漂移少子漂移扩散扩散漂移漂移动态动态平衡平衡 注意：动态平衡的注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即结交界面上无电流流过，即 I=0。内电场内电场 1.PN结的形成结的形成 多多子子扩扩散散空间空间电荷电荷区区平衡平衡PN结结P区区N区区PN结的形成演示结的形成演示12第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.PN结的特性结的特性 （1）PN结的正向导通特性结的正向导通特性正偏导通（正偏导通（P区电位高于区电位高于N区）区）内电场内电场外电场外电场 所以，正偏时扩散运所以，正偏时扩散运动增强，漂移运动几乎减动增强，漂移运动几乎减小为小为0，宏观上形成很大的，宏观上形成很大的正向电流正向电流 IF。外电场越强，正向电流外电场越强，正向电流越大，越大，PN结的正向电阻越结的正向电阻越小。小。P区区N区区多子空穴多子空穴多子自由电子多子自由电子正向电流正向电流IF+UR13第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 +UR 2.PN结的特性结的特性 （1）PN结的反向截止特性结的反向截止特性反偏截止（反偏截止（P区电位低于区电位低于N区）区）P区区N区区少子自由电子少子自由电子 少子空穴少子空穴反向电流反向电流IR内电场内电场外电场外电场PN结的单向导电性结的单向导电性14第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024要记住：要记住：（1）外加正向电压时）外加正向电压时PN结的正向电阻很结的正向电阻很小，电流较大，是多子扩散形成的；小，电流较大，是多子扩散形成的；（2）外加反向电压时）外加反向电压时PN结的反向电阻很结的反向电阻很大，电流极小，是少子漂移形成的。大，电流极小，是少子漂移形成的。PNPN结电路中要串联限流电阻。结电路中要串联限流电阻。要注意：要注意：15第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.2 1.2 二极管二极管主要要求：主要要求：1.1.了解半导体二极管的结构、类型、特性与参数了解半导体二极管的结构、类型、特性与参数2.2.掌握半导体二极管在电子技术中的应用掌握半导体二极管在电子技术中的应用16第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024认识二极管认识二极管17第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型 一个一个PN结加上相应的外引线，然后用外壳封装结加上相应的外引线，然后用外壳封装就成为最简单的二极管了，其中，从就成为最简单的二极管了，其中，从P区引出的引区引出的引线叫做阳极或正极、从线叫做阳极或正极、从N区引出的引线叫做阴极或区引出的引线叫做阴极或负极。负极。常用常用D（Diode）表示二极管。）表示二极管。图中的箭头表示正偏时图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。的正向电流方向。18第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型金属触丝金属触丝N 型锗型锗P型层型层阳极阳极阴极阴极 面接触型面接触型P型扩散层型扩散层锡锡支架支架N型硅型硅SiO2保护层保护层阴极阴极阳极阳极19第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.2.2 二极管的特性与参数二极管的特性与参数 1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 半导体二极管的内部就是一个半导体二极管的内部就是一个PN结，因此二极管具结，因此二极管具有和有和PN结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲线如下图所示：线如下图所示：u/Vi/mA正向特性正向特性 死区死区 电压电压反向特性反向特性IS0A击穿击穿电压电压击穿特性击穿特性反向反向电流电流硅管硅管2CP12锗管锗管2AP920第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 一般小功率硅二极管与锗二极管几个典型参数的比较：死区电压死区电压硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管0.2V0.2V正向导通压降正向导通压降U UF F硅管硅管0.7V0.7V锗管锗管0.3V0.3V反向电流反向电流I IR R硅管硅管几几A A以下以下锗管锗管几十到几百几十到几百A A21第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 PN 结的正向和反向电流与外加电压的关系结的正向和反向电流与外加电压的关系可以用公式表示为：可以用公式表示为：反向饱反向饱和电流和电流温度的电压当量，常温下温度的电压当量，常温下：UT =26 mV当当U0时为正向特性；当时为正向特性；当U0时为反向特性。时为反向特性。22第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.二极管的主要参数二极管的主要参数 （1）最大整流电流）最大整流电流IFM指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压URM指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，URM通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。（3）最大反向电流）最大反向电流IRM在常温下承受最高反向工作电压在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，时的反向漏电流，一般很小，但受温度影响很大。一般很小，但受温度影响很大。（4）最高工作频率）最高工作频率fM指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。23第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.2.3 二极管的应用电路举例二极管的应用电路举例 二极管是电子电路中常用的半导体器件，利用其单向导电性和正向压降很小的特点，可应用于整流、检波、钳位、限幅、开关以及元件保护等各项工作。1.整流整流整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单方向脉动的直流电的过程，这部分内容将在第方向脉动的直流电的过程，这部分内容将在第6章作详细章作详细介绍。介绍。24第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.钳位钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性，可以组成钳利用二极管正向导通时压降很小的特性，可以组成钳位电路，如下图所示。位电路，如下图所示。图中若图中若A点点UA=0，二极管二极管D正偏导通正偏导通，压降，压降很小，所以很小，所以F点的电位也点的电位也被钳制在被钳制在0V左右，即左右，即UF近似为近似为0。25第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 3.限幅限幅 利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值以内。下图为一正、负对称限幅电路以内。下图为一正、负对称限幅电路:ui=10sint（V），），US1=US2=5V。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约限制在大约5V之间。之间。OtuO/V5 5-10ui/VOt105-526第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 4.元件保护元件保护 在电子线路中，经常利用二极管来保护其他元器件免受在电子线路中，经常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。下图所示电路是利用二极管来保护开关过高电压的损害。下图所示电路是利用二极管来保护开关S的的保护电路。保护电路。当开关当开关S断开时，由于电流断开时，由于电流的突然中断，电感的突然中断，电感L将产生一个将产生一个高于电源电压很多倍的自感电高于电源电压很多倍的自感电动势动势eL，eL与与U叠加作用于开叠加作用于开关关S上，使开关上，使开关S的寿命缩短。的寿命缩短。二极管二极管D的接入，使的接入，使eL通过二极管产生放电电流以释放能通过二极管产生放电电流以释放能量，从而保护了开关量，从而保护了开关S。27第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 除以上用途外，还有许多特殊结构的二极管，例如发光除以上用途外，还有许多特殊结构的二极管，例如发光二极管、热敏二极管等，随着半导体技术的发展，二极管的二极管、热敏二极管等，随着半导体技术的发展，二极管的应用范围越来越广，其中应用范围越来越广，其中发光二极管发光二极管是应用较多的一种二极是应用较多的一种二极管。管。不同用途、不同用途、结构的二极管结构的二极管普通二极管普通二极管整流二极管整流二极管稳压二极管稳压二极管发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管检波二极管检波二极管 等等等等28第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.2.4 发光二极管及其应用发光二极管及其应用 1.发光二极管的符号及特性发光二极管的符号及特性 发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称简称LED（Light Emitting Diode）。）。和普通二极管相似，和普通二极管相似，LED也是由一个也是由一个PN结结组成的，当正向导通组成的，当正向导通时可以发出一定波长时可以发出一定波长的可见光，常有的可见光，常有红、红、绿、黄绿、黄等颜色。等颜色。也有可以发出也有可以发出红外光红外光等不可见光的发光二极管。等不可见光的发光二极管。29第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。电省和寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。一般一般LED的工作电流为的工作电流为几十几十 mA，正向导通压，正向导通压降为降为（1 2)V，安全使用电压应选择安全使用电压应选择5V以下。以下。30第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.发光二极管的应用发光二极管的应用 （1）做电源通断指示电路。）做电源通断指示电路。但要保证但要保证LED的正向工作电流在规定的范围之内，具的正向工作电流在规定的范围之内，具体型号体型号LED的工作电流可查阅手册等资料。的工作电流可查阅手册等资料。供电电源可以供电电源可以是直流也可以是直流也可以是交流是交流31第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 （2）发光数码管。）发光数码管。发光数码管是电子技术中的主要显示器件，常用的七段发光数码管是电子技术中的主要显示器件，常用的七段显示数码管是用显示数码管是用LED经过一定的排列组成的，如图所示。经过一定的排列组成的，如图所示。1432第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 七段显示数码管有共阳极和共阴极之分，如下图所示。七段显示数码管有共阳极和共阴极之分，如下图所示。共阳极共阳极LED分布分布 共阴极共阴极LED分布分布33第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.3 晶体管主要要求：主要要求：1.1.了解半导体三极管的结构、类型与参数了解半导体三极管的结构、类型与参数3.3.掌握半导体三极管的电流分配关系掌握半导体三极管的电流分配关系4.4.掌握半导体三极管的特性曲线的含义掌握半导体三极管的特性曲线的含义2.2.理解三极管的放大作用理解三极管的放大作用5.5.了解复合三极管的概念与意义了解复合三极管的概念与意义34第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024认识三极管认识三极管35第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 1.三极管的结构三极管的结构1.3.1 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区NPN 型型ECB 三区三区三极三极两结两结集电区集电区基区基区发射区发射区集电极集电极 Collector基极基极Base发射极发射极Emitter集电结集电结发射结发射结 集电区集电区 发射区发射区PPNPNP型型36第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 三极管的分类三极管的分类按材料分按材料分按频率特性分按频率特性分按功率分按功率分硅管硅管 锗管锗管高频管高频管低频管低频管大功率管大功率管中功率管中功率管小功率管小功率管按结构分按结构分NPN管管PNP管管37第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 下面以下面以NPN管为例讨论三极管的电流分配管为例讨论三极管的电流分配与放大作用，所得结论一样适用于与放大作用，所得结论一样适用于PNP三极管。三极管。1.3.2 晶体管电流分配和放大作用晶体管电流分配和放大作用注意：三极管放大的条件注意：三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏38第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024使发射结使发射结正偏正偏使集电结使集电结反偏反偏1.发射区向基区发射区向基区发射电子，形成发射电子，形成发射极电流发射极电流IE的的主要成份。主要成份。IE2.基区中电子的基区中电子的复合形成基极电复合形成基极电流流IB的主要成份。的主要成份。IB3.集电区收集电集电区收集电子形成集电极电子形成集电极电流流IC的主要成份。的主要成份。IC39第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024综上所述，得到三极管的电流分配关系：综上所述，得到三极管的电流分配关系：（1）IE=IC+IB（2）IC=IB（3）IE=IC+IB=（1+）IB IC 三极管中还有一些少子电流，比如三极管中还有一些少子电流，比如I ICBOCBO ，通常可以忽略不计，但它们对温度十分敏，通常可以忽略不计，但它们对温度十分敏感。感。40第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.3.3 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 因为三极管有三个电极，因此，分别将因为三极管有三个电极，因此，分别将三极管的三个电极作为输入端、输出端和三极管的三个电极作为输入端、输出端和公共端，有三种不同的三极管电路的组成公共端，有三种不同的三极管电路的组成方式。根据公共电极的不同，分别叫做共方式。根据公共电极的不同，分别叫做共发射极电路、共集电极电路和共基极电路。发射极电路、共集电极电路和共基极电路。41第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 下图是测试三极管共发射极电路伏安特性曲线的电路图：下图是测试三极管共发射极电路伏安特性曲线的电路图：42第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 1.输入特性曲线输入特性曲线 uCE1V，集电结反，集电结反偏，电场足以将发射偏，电场足以将发射区扩散到基区的载流区扩散到基区的载流子吸收到集电区形成子吸收到集电区形成IC，uCE 再增大曲线再增大曲线也几乎不变也几乎不变死区死区电压与电压与导通电压导通电压UBE硅管分别约为硅管分别约为0.5V和和0.7V锗管分别约为锗管分别约为0.1V和和0.3V43第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024（1）截止区）截止区iB=0曲线以曲线以下的区域：下的区域：iC=ICEO 0，两结均反偏，两结均反偏，三极管各电极电流均约等于三极管各电极电流均约等于0，所以可以等效为断开的开，所以可以等效为断开的开关；关；2.输出特性曲线输出特性曲线 放放 大大 区区截止区截止区ICEO饱饱和和区区（2）放大区）放大区在在iB=0的特的特性曲线上方，近似平行于横性曲线上方，近似平行于横轴的曲线族部分：轴的曲线族部分：iC基本不随基本不随uCE变化仅受变化仅受iB控制，控制，iC=iB，发射结正偏、，发射结正偏、集电结反偏，相当于受控电集电结反偏，相当于受控电流源。流源。uCE/ViC/mA100 A80 A60 A40 A20 AIB=0O 2 4 6 8 10 252015105（3）饱和区）饱和区输出特性曲输出特性曲线近似直线上升部分：线近似直线上升部分：三极管饱和时管压降三极管饱和时管压降uCE很小，叫做饱和压降很小，叫做饱和压降uCES，两结均正偏，相当于闭合，两结均正偏，相当于闭合开关。开关。44第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1.电流放大系数电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数 交流、直流电流放大系数的意义不同，但在输出特性线交流、直流电流放大系数的意义不同，但在输出特性线性良好的情况下，两个数值的性良好的情况下，两个数值的差别很小差别很小，一般不作严格区分。，一般不作严格区分。常用小功率三极管的常用小功率三极管的约为约为20150左右。左右。45第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20242.极间反向电流极间反向电流集、基间反向饱和电流集、基间反向饱和电流集、射间反向饱和电流集、射间反向饱和电流（穿透电流）（穿透电流）测试电路测试电路测试电路测试电路反向电流反向电流受温度受温度影响大影响大越小越好越小越好46第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 202447第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.3.5 复合晶体管复合晶体管 复合复合 三极管是把两个三极管的引脚适当地连接三极管是把两个三极管的引脚适当地连接起来等效为一个三极管，从而获得对电流放大系起来等效为一个三极管，从而获得对电流放大系数等参数的改变。数等参数的改变。48第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 可以证明：复合管的电流放大系数近似为两个管子电可以证明：复合管的电流放大系数近似为两个管子电流放大系数的乘积，但复合管的穿透电流也较大。流放大系数的乘积，但复合管的穿透电流也较大。49第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.4 场效应管主要要求：主要要求：1.1.了解场效应管的结构、特点了解场效应管的结构、特点2.2.了解场效应管的原理、特性曲线与参数了解场效应管的原理、特性曲线与参数 场效应管是一种利用场效应管是一种利用电场效应电场效应来控制其电流大小的来控制其电流大小的半导体三极管，是利用一种载流子导电的半导体三极管，是利用一种载流子导电的单极型单极型器件。器件。特点特点：具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射：具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、耗电省等优点，制作工艺简单、便于集成。能力强、耗电省等优点，制作工艺简单、便于集成。50第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 1.N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFET的结构的结构 (Mental Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)1.4.1 绝缘栅场效应晶体管的原理和特性绝缘栅场效应晶体管的原理和特性P P 型硅衬底型硅衬底S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainD SGSiOSiO2 2绝缘体绝缘体金属铝金属铝N N沟道沟道DGS 还有多种其他类型的场效应管，比如还有多种其他类型的场效应管，比如这是这是P P沟道耗尽型场效应管的符号：沟道耗尽型场效应管的符号：51第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024 2.原理与特性原理与特性电压控制器件（电压控制器件（iD受控于受控于uGS）（1）转移特性曲线）转移特性曲线 （2）漏极特性曲线）漏极特性曲线52第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.4.2 场效应晶体管的主要参数场效应晶体管的主要参数1.开启电压开启电压当当uDS为常数时，有沟道将漏、源极连接为常数时，有沟道将漏、源极连接起来的最小起来的最小|uGS|值，称开启电压。值，称开启电压。2.低频跨导低频跨导gmuDS为定值时，为定值时，iD的变化量与引起该变化的变化量与引起该变化的的uGS的变化量的比值，它代表了场效应管的电压控制能力，的变化量的比值，它代表了场效应管的电压控制能力，即即3.漏源击穿电压漏源击穿电压U（BR）DS4.最大耗散功率最大耗散功率PDM5.最大漏极电流最大漏极电流IDM53第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 20241.4.3 场效应晶体管与双极型晶体管比较场效应晶体管与双极型晶体管比较1.场效应管是电压控制器件，而双极型晶体管是电流控制场效应管是电压控制器件，而双极型晶体管是电流控制器件，但都可以获得较大的电压放大倍数；器件，但都可以获得较大的电压放大倍数；2.场效应管温度稳定性好，双极型晶体管受温度影响大；场效应管温度稳定性好，双极型晶体管受温度影响大；4.场效应管在存放时，各个电极要短接在一起，防止外界场效应管在存放时，各个电极要短接在一起，防止外界静电感应电压过高时击穿绝缘层使其损坏。焊接时电烙铁静电感应电压过高时击穿绝缘层使其损坏。焊接时电烙铁应有良好的接地线，防止感应电压对管子的损坏。一般应应有良好的接地线，防止感应电压对管子的损坏。一般应要求拔下电烙铁的电源插头快速焊接。要求拔下电烙铁的电源插头快速焊接。3.场效应管制造工艺简单，便于集成化，适合制造大规模场效应管制造工艺简单，便于集成化，适合制造大规模集成电路；集成电路；54第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024本章小结 半导体是制造电子元器件的基本材料，半导体半导体是制造电子元器件的基本材料，半导体材料具有光敏、热敏、杂敏等特殊的特性；材料具有光敏、热敏、杂敏等特殊的特性；PN结是结是P区和区和N区交界处形成的特殊带电薄层，区交界处形成的特殊带电薄层，具有单向导电作用，将具有单向导电作用，将PN结加上封装就是二极管的结加上封装就是二极管的基本结构；基本结构；半导体晶体管是电流控制器件，可以用基极电半导体晶体管是电流控制器件，可以用基极电流来控制集电极电流；场效应管是电压控制器件，流来控制集电极电流；场效应管是电压控制器件，可以用栅源电压来控制漏极电流，它们都有较大的可以用栅源电压来控制漏极电流，它们都有较大的电压放大作用。电压放大作用。55第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性08 七月七月 2024结束结束The EndThe End