第五章集成门电路讲述.ppt

半导体器件简介 PN结 采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。 （PN junction） PN结 在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的 。 N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。 当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。 P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。 PN结 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。 如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。 PN结加反向电压时 ，空间电荷区变宽 ， 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。 半导体器件简介 二极管D（Diode） 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。 当不存在外加电压时，处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，引起正向电流。 当外界有反向电压偏置时，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。  二极管 正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。 必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。 导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。 反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。 二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。  半导体器件简介 三极管T（Triode） 三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种 从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。 半导体器件简介 MOS场效应管 MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。 其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻。 场效应管 它也分N沟道管和P沟道管， 它和三极管一样，也有三个引脚，分别是 栅极Gate，G 源极Source，S 漏极Drain，D 集成电路(Integrated Circuit)就是将所有的元件和连线都制作在同一块半导体基片(芯片)上。集成电路分模拟和数字两大类。 在数字集成逻辑电路中，常以“门”为最小单位。我们可按其“集成度”(一定大小的芯片上所含门的数量多少)分成： 小规模集成电路(SSI：Small Scale Integrating)，一块芯片上含1~50个门。 中规模集成电路(MSI：Medium Scale Integrating),一块芯片上含50~100个门。 大规模集成电路(LSI：Large Scale Integrating),一块芯片上含100~10000个门。 超大规模集成电路(VLSI：Very Large Scale Integrating),一块芯片上含10+4~10+6个门。 如果集成逻辑门是以双极型晶体管(电子和空穴两种载流子均参与导电)为基础的，则称为双极型集成逻辑门电路。它主要有下列几种类型： 晶体管—晶体管逻辑(TTL：