半導體和半導體器件1.1半導體的基本知識

在物理學中，根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體是硅Si(14)和鍺Ge(32)硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們都是4價元素慣性核價電子原子結(jié)構(gòu)模型硅和鍺的慣性核模型

本征半導體的結(jié)構(gòu)——共價鍵結(jié)構(gòu)：束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，因此本征半導體的導電能力很弱，接近于絕緣體。1.1.1.本征半導體本征半導體——化學成分純凈單一的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“9個9”。

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。

當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的可以擺脫共價鍵的束縛，成為自由電子，從而可以參與導電。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。空穴是帶正電荷的。空穴可見，本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。而且外加能量越高（溫度越高，光照越強），產(chǎn)生的電子空穴對濃度越高。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復合在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定，為：

常溫T=300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對動畫演示自由電子—帶負電荷—逆電場運動:電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－＋總電流兩種載流子空穴—帶正電荷—順電場運動:空穴流載流子電子空穴對的濃度取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。本征半導體導電機制1.1.2.P型半導體和N型半導體

在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導體稱為雜質(zhì)半導體。按摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導體分為N型和P型兩種。1.

N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，如磷、砷、銻等，使自由電子濃度大大增加，稱為N型或電子型半導體。

N型半導體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子:自由電子少數(shù)載流子:

空穴++++++++++++N型半導體施主離子自由電子電子空穴對雜質(zhì)電離雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征激發(fā)

在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦、鋁等，使空穴濃度大大增加，稱為P型或空穴型半導體。空穴硼原子硅原子多數(shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導體受主離子空穴電子空穴對2.

P型半導體雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征激發(fā)雜質(zhì)半導體的示意圖++++++++++++N型半導體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導體多子—空穴少子—電子少子濃度——本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)多子濃度——雜質(zhì)電離產(chǎn)生，與雜質(zhì)濃度有關(guān)，與溫度無關(guān)內(nèi)電場E

因多子濃度差

形成內(nèi)電場E

多子的擴散、復合

空間電荷區(qū)

阻止多子擴散，促使少子漂移。P型半導體與N型半導體結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴散電流少子漂移電流耗盡區(qū)1.2.PN結(jié)及其特性

1.PN結(jié)的形成：多子擴散、少子漂移

空間電荷可以移動嗎？

動畫演示少子漂移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散

耗盡層又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場E多子擴散電流少子漂移電流耗盡層動態(tài)平衡：擴散電流＝漂移電流總電流＝0勢壘UO硅0.5V鍺0.1V2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。

外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴散運動>>漂移運動→多子擴散形成正向電流IF正向電流

(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，只與溫度有關(guān)，所以稱為反向飽和電流IS

。(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，只與溫度有關(guān)，所以稱為反向飽和電流IS

。

1.

PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流IF，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導通，開關(guān)閉合；

2.PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流IR

，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止，開關(guān)斷開。

由此可以得出結(jié)論：

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＞C上所述：

動畫演示3.PN結(jié)的結(jié)電容

當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。

(1)勢壘電容CB從等效觀點上看，勢壘電容CB與PN結(jié)電阻是并聯(lián)的。主要在PN結(jié)反偏時起作用

勢壘區(qū)中正負離子的數(shù)量隨外加電壓變化而變化的效應稱為勢壘電容。(2)擴散電容CD

當外加正向電壓不同時，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當電容的充放電過程。電容效應在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來極間電容（結(jié)電容）擴散電容CD主要在PN結(jié)正偏時起作用

當外加正向電壓變化時，載流子的數(shù)量和濃度梯度都要變化，這種電容效應稱為擴散電容。C=CD+CD1.3半導體二極管

二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號陽極+陰極-1.3.1二極管的結(jié)構(gòu)和類型

二極管按結(jié)構(gòu)工藝分三大類：(1)點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于小電流和變頻等高頻電路。(3)平面型二極管用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。半導體二極管分類國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9A用字母代表器件規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管，W穩(wěn)壓管，L整流堆，N阻尼管，U光電管。用字母代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。用數(shù)字代數(shù)產(chǎn)品的極性，2代表二極管，3代表三極管。用數(shù)字代表產(chǎn)品的序號。

根據(jù)理論分析：U為PN結(jié)兩端的電壓降I為流過PN結(jié)的電流IS為反向飽和電流UT=kT/q

稱為溫度的電壓當量其中k為玻耳茲曼常數(shù)

1.38×10－23q

為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學溫度對于室溫（相當T=300K）則有UT=26mV。當U>0U>>UT時當U<0|U|>>|UT

|時1.3.2二極管的伏安特性1.PN結(jié)的伏安特性方程2.二極管的伏安特性根據(jù)理論推導，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏IF（多子擴散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿——燒壞PN結(jié)電擊穿——可逆反向擊穿:齊納擊穿，雪崩擊穿

實際的二極管的伏安特性

硅：0.5V

鍺：

0.1V(1)正向特性導通壓降反向飽和電流(2)反向特性死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺

硅：0.7V鍺：0.3V

溫度對二極管特性的影響90度20度3.二極管的模型及近似分析計算例：IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導通壓降。硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏反偏導通壓降二極管的V—A特性二極管的近似分析計算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型測量值9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V例2:二極管VD為硅管，求電流ID例3討論二極管的導通情況，并求UAO1.3.3二極管的使用常識1.二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流IF(2)最高反向工作電壓URM二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(3)反向擊穿電壓UBR

二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。

(4)反向飽和電流IR

在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(

A)級。(1)整流電路二極管導通，uL=u2二極管截止,uL=0+–io+–u2>0時:u2<0時:u2uLuD

t

23402.二極管管應用如下圖所示，輸入信號三角波信號ui幅值大于直流電源E1,E2的正弦波信號，二極管為理想器件，畫出輸出uo的電壓波形。0-E2uit+E1uot+--+Eu2RiuOE1VD1VD2+E1-E2(2)限幅電路當穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時,其兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定電壓1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.穩(wěn)壓管的伏安特性

穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管正向同二極管反偏電壓≥UZ

反向擊穿＋UZ－限流電阻

2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

(1)穩(wěn)定電壓UZ(3)動態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。

rZ=

UZ

/

I

Z

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡,穩(wěn)壓性能越好。

(2)穩(wěn)定電流IZ

保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。

(4)最大工作電流IZM，最大耗散功率PZM

IZM

管子允許流過最大電流;

PZM管子允許耗散的最大功率;

PZM=UZIZM(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)aZ:

3.簡單的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要求：例發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換為光能的電子器件，簡稱LED(LightEmittingDiode).采用砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵等化合物半導體材料制造耐用。伏安特性與普通二極管類似，其正向?qū)▔航递^大，為1~4V左右，工作電流較為6~30mA,體積小，具有發(fā)光均勻穩(wěn)定，壽命長等特點，現(xiàn)已應用于數(shù)碼顯示、大屏幕顯示、交通信號燈、汽車尾燈、照明等方面。1.4.2發(fā)光二極管LED燈光效高、耗電少,壽命長、易控制、免維護、安全環(huán)保;是新一代固體冷光源,光色柔和、艷麗、豐富多彩、低損耗、低能耗,耐震，可頻繁開關(guān)而不影響其壽命，綠色環(huán)保不含汞。

將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進行對比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm／W，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm／W，壽命小于8000小時，T5三基色熒光燈則為96lm／W，壽命大約為1萬小時，而直徑為5毫米的白光LED光效可以超過150lm／W，壽命十萬小時。數(shù)碼顯示用七只發(fā)光二極管分別顯示數(shù)字的七個段，不同的亮暗組合構(gòu)成不同的數(shù)字顯示。八段數(shù)碼管：七段發(fā)光二極管

共陽極：

共陰極：光敏二極管是一種能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號的二極管。光敏二極管無光照射時，工作在反偏狀態(tài)，反向電流很小，稱為暗電流。有光照射時，電流隨光照強度的增加而增加，稱為光電流。可見光走廊聲控燈的控制，白天不亮光電耦合電路圖1-241.4.3光敏二極管（光電二極管）變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容的特殊二極管在反偏狀態(tài)下，PN結(jié)的結(jié)電容隨外加電壓的變化而變化，圖1-251.4.4變?nèi)荻O管

1.5雙極型晶體管

雙極型晶體管，也叫晶體三極管,半導體三極管等，簡稱晶體管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor,簡稱BJT）。

BJT是由兩個PN結(jié)組成的。1.5.1雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NPN型PNP型

三極管的結(jié)構(gòu)特點:（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極符號:cebbec2025/3/18BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）

三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌秒妷骸Ｈ粼诜糯蠊ぷ鳡顟B(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE

－＋UBE－＋UCB－集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)(1).BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程（a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子：

因為發(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴散電流IEN

。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，形成的電流為IEP,但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE=

IEP

+I

EN

≈

IEN（b）電子在基區(qū)中的擴散與復合：

發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到空穴復合掉，形成IBN。它是基極電流IB的一部分。由于基區(qū)很薄，大部分電子到達了集電區(qū)的邊緣。IBN

(d)集電結(jié)的反向飽和電流：集電結(jié)區(qū)的少數(shù)載流子形成漂移電流ICBO。

（c）集電區(qū)收集電子:

因為集電結(jié)反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

，ICN

=I

EN–

I

BN

IBN(a)IC與IE之間的關(guān)系:所以:(2).電流分配關(guān)系三個電極上的電流：IB

=I

BN+I

EP–

I

CBO=IB’

–I

CBOIC

=I

CN+

I

CBO

IE

=I

EN+I

EP

=I

CN+I

BN+I

EP

=IB+IC

IBN定義：（≈0.9～0.99）稱為共基極直流電流放大系數(shù)

動畫演示(b)IC與IB之間的關(guān)系：聯(lián)立以下兩式：得：

所以：令：共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)晶體管的分類按照材料分：硅、鍺晶體管按照工作頻率分：高頻、低頻晶體管按照功率分：小功率、大功率晶體管，大功率晶體管要考慮散熱的問題,散熱多數(shù)是在集電極上面，因為集電極的電壓和電流都很大，其乘積即功率也就很大。2025/3/18

半導體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：3DG110B1.5.2BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）1.輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const發(fā)射結(jié)的特性類似于一個PN結(jié)。如圖1-33死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導通壓降硅0.7V鍺0.3V圖1-36BJT的電流放大作用VccVBBibicΔic/Δib≈ic/ib=常數(shù)2輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

1）當發(fā)射極開路時，iE=0

，iC=ICBO。2）當基極開路時，iB=0

，iC=ICEO=(1+β)ICBO。輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

3）在近原點，uCE

很小時,ic

小；

uCE↑→ic

↑

。4）當uCE

＞1V后，收集電子的能力足夠強。這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。

以iB=60uA一條加以說明。基區(qū)寬度調(diào)制效應

輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.7

V。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。Ic<βIb截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——

曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。該區(qū)中有：飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止狀態(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：模型分析法（近似估算法）共射電路如圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7V例1-3下圖中BJT的β=60,試分析S分別位于1，位置時，晶體管的工作狀態(tài)。例：判定下面BJT是否正常工作狀態(tài)？如果不正常，是短路還是燒斷？例1-4圖1-41，一只晶體管不足以推動繼電器，故采用復合晶體管的連接方式，注意續(xù)流二極管的使用電路中的復合管復合管的目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對,擴大電流的驅(qū)動能力。

1

2復合NPN型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構(gòu)成復合管的規(guī)則：1)

應保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2)

復合管類型與第一只管子相同。1.5.3BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β（2）共基極電流放大系數(shù)：

iCE△=5uA(mA)B=10uAICu=0(V)=20uAI△BBBIBiIBI=25uACBI=15uAi一般為20~200之間1.51（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：

基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。該電流越小越好，其大小與溫度有關(guān)。

一般情況下，穿透電流可以忽略不計++ICBOecbICEO2.穿透電流ICEO3.飽和壓降UCE(sat)

飽和壓降越小，晶體管導通時的損耗越小，小功率管的飽和壓降的典型值為0.3V。特征頻率是指β值下降到1時，所對應的工作頻率。fT應當比其工作頻率高出100倍以上。極間電容4.特征頻率fT

5.晶體管的極限參數(shù)（1）集電極最大允許耗散功率PCM

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

PCM<PCM

（2）反向擊穿電壓

U（BR）CEO——基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。（3）集電極最大允許電流ICM

Ic增加時，

要下降。當

值下降到線性放大區(qū)

值的70％時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。

1.6場效應管

BJT是一種電流控制元件(iB~iC)，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件。增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET分類：

絕緣柵場效應管結(jié)型場效應管

場效應管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。

FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。1.6.1結(jié)型FET的結(jié)構(gòu)和工作原理兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道。三個電極：

g：柵極

d：漏極

s：源極符號：1.結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)（以N溝為例）：DGDSGSN溝道P溝道VGGiG=0DSGiDVDDuDS+-+-uGSJFET的工作原理以N溝道結(jié)型場效應管為例

2.N溝道結(jié)型場效應管的工作原理

（1）柵源電壓對溝道的控制作用②當│uGS│↑時，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，導電溝道變窄，溝道電阻增大。③當│uGS│↑到一定值時，溝道會完全合攏。定義：夾斷電壓UP——使導電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。

在柵源間加負電壓uGS

，令uDS=0

①當uGS=0時，為平衡PN結(jié)，導電溝道最寬。（2）漏源電壓對溝道的控制作用

在漏源間加電壓uDS

，令uGS=0

由于uGS=0，所以導電溝道最寬。

①當uDS=0時，iD=0。②uDS↑→iD↑

→靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布。③當uDS↑，使uGD=uGS-

uDS=UP時，在靠漏極處夾斷——預夾斷。預夾斷前，uDS↑→iD↑。預夾斷后，iDS↑→iD幾乎不變。④uDS再↑，預夾斷點下移。

（3）柵源電壓uGS和漏源電壓uDS共同作用

iD=f（uGS、uDS）,可用兩組特性曲線來描繪。

1.輸出特性曲線：iD=f（uDS）│uGS=常數(shù)

1.6.2JFET的特性曲線uGS=0VuGS=-1V設：UP=

-3V四個區(qū)：放大區(qū)的特點：△iD/△uGS=gm≈常數(shù)

即：△iD=gm△uGS

（放大原理）

（a）可變電阻區(qū)（預夾斷前）。

（b）放大區(qū)也稱為恒流區(qū)、飽和區(qū)（預夾斷后）。

（c）截止區(qū)（夾斷區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)放大區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)2.JFET的轉(zhuǎn)移特性

iD=f（uGS）│uDS=常數(shù)

可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：

恒流區(qū)中iD的表達式為：例：已知有一結(jié)型場效應管的參數(shù)為IDSS=1.5mA，Up=-2V，求它在UGS=-1V時的跨導gm=?

恒流區(qū)中iD的表達式為：1.絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)

絕緣柵型場效應管(MetalOxide

SemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強型

N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道

1.N溝道增強型MOS管

（1）結(jié)構(gòu)

4個電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。符號：1.6.3絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)和工作原理2工作原理(a)

當uGS=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在漏源之間加上電壓uDS也不會形成電流，漏極電流id=0，管子截止。①柵源電壓uGS的控制作用---P襯底sgN+bdSiO2+N(b)當uGS＞0V,uDS=0V時→縱向電場→(1)將兩個N+區(qū)和襯底中電子吸引向襯底表面，并與襯底中空穴相遇復合掉；(2)排斥襯底中的多子空穴。→襯底表面的薄層中留下了以負離子為主的空間電荷區(qū)(耗盡層)，并與兩個PN結(jié)的空間電荷區(qū)相通。(c)

增大uGS,uDS=0V時→縱向電場↑→N+區(qū)和襯底P區(qū)的電子進一步被吸引到襯底表面的薄層，繼續(xù)排斥該薄層中的空穴→薄層中自由電子濃度大于空穴濃度→形成反型層，并與兩個N+區(qū)相通，成為導電溝道(感生溝道)。---s二氧化硅P襯底g+Nd+bNVGGid(d)形成導電溝道后，加漏源電壓uDS>0V，源區(qū)多子電子將沿導電溝道漂移到漏區(qū)，形成自漏極流向源極的漏極電流id。顯然：uGS越大，反型層中的自由電子濃度越大，溝道的導電能力就越強，從而uDS作用下的漏極電流id也就越大，就相當于漏源極之間的等效電阻RDS越小。即：uGS–RDS(c)

增大uGS,uDS=0V時→縱向電場↑→N+區(qū)和襯底P區(qū)的電子進一步被吸引到襯底表面的薄層，繼續(xù)排斥該薄層中的空穴→薄層中自由電子濃度大于空穴濃度→形成反型層，并與兩個N+區(qū)相通，成為導電溝道(感生溝道)。---s二氧化硅P襯底g+Nd+bNVGGid(d)形成導電溝道后，加漏源電壓uDS>0V，源區(qū)多子電子將沿導電溝道漂移到漏區(qū)，形成自漏極流向源極的漏極電流id。顯然：uGS越大，反型層中的自由電子濃度越大，溝道的導電能力就越強，從而uDS作用下的漏極電流id也就越大，就相當于漏源極之間的等效電阻RDS越小。即：uGS–RDS定義：開啟電壓（UT）——剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。

N溝道增強型MOS管的基本特性：

uGS

＜UT，管子截止，

uGS

＞UT，管子導通。

uGS

越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流id越大。②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用當uGS＞UT(導電溝道已經(jīng)形成)

，且固定為某一值時，來分析漏源電壓uDS對漏極電流id的影響。（設UT=2V，uGS=4V）

(a)uDS=0時，id=0；(b)uDS↑→id↑，uGD=uGS-uDS，溝道靠漏區(qū)變窄(c)當uDS增大使uGD=UT時，溝道靠漏極端（A點）消失，稱為預夾斷。(d)uDS再增大，夾斷點A向源極延伸，在漏區(qū)附近出現(xiàn)夾斷區(qū)。由于uGA恒為UT,uAS也恒為uGS–UT

，uDS增大的多余電壓uDS–(uGS-UT)基本都降落在夾斷區(qū)。id基本不變，或略有增大---GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+AuDS>0后，有id產(chǎn)生。1.6.4MOS場效應管的特性曲線

四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)（預夾斷前）。

①輸出特性曲線：iD=f(uDS)

uGS=const（b）放大區(qū)也稱為恒流區(qū)、飽和區(qū)（預夾斷后）。

（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)

②轉(zhuǎn)移特性曲線：iD=f(uGS)

uDS=const

可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：UT

一個重要參數(shù)——跨導gm：gm=

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