第3章 半导体和场效应管.ppt

肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平 第3章：半导体二极管、三极管和场效应管 肇庆学院 计算机学院 主讲人：邵平 3.1 PN结与二极管、稳压二极管 3.1.1 半导体简介 3.1.2 PN结及其单向导电性 3.1.3 半导体二极管 3.1.4 稳压二极管 3.1.1 半导体简介 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。 常用的半导体材料是四价元素硅（Si）和锗（Ge），原子是共价键结构（外层都有四个价电子） 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体（即纯净的半导体）的导电能力很弱。 P型半导体——在本征半导体中掺入3价元素硼（或铝、镓等），它和相邻的原子组成共价键时，因缺少一个价电子而留下一个空穴（即空位）。空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 N 型半导体——在本征半导体中掺入5价元素磷（或砷、锑）时，它用4个电子与相邻原子组成共价键后，还多余一个价电子。电子是多数载流子（运载电荷的粒子），空穴是少数载流子。 3.1.2 PN结及其单向导电性 用特殊工艺将P型半导体和N型半导体放在一起，两边多子向对方扩散过程中相遇因复合而成对消失，在交界面附近出现的空间电荷区被称之为PN结。 电源的正极接P区、负极接N区，叫做加“正向电压”或“正向偏置”。正偏时，内电场减弱，由多子（多数载流子）组成的正向电流IF从P区流入通过PN结。 电源的正极接N区，负极接P区，叫做加“反向电压”或“反向偏置”。反偏时，内电场加强，由少子（少数载流子）组成的反向电流IR从N区流入通过PN结。 3.1.3 半导体二极管 将PN结封装并加上引线构成二极管，符号中的箭头代表正偏时电流的方向。 普通二极管可用作整流、检波、限幅、钳位以及数字电路中的开关电路等。 主要参数有：最大正向电流 IFM、最大反向工作电压 URM、反向电流 IR、最高工作频率f M等。 3.1.3 半导体二极管 3.1.4 稳压二极管 稳压二极管简称稳压管，工作在反向击穿状态。 主要参数有：稳定电压UZ、稳定电流 IZ 、动态电阻rZ 等。 3.2 半导体三极管（晶体管） 3.2.1 晶体管的基本结构及符号 晶体管有三个区：发射区、基区和集电区，从各区向外引线构成三个极。 三个区按照NPN或PNP 排列形成发射结和集电结。 晶体管内部特点：发射区重掺杂，基区很薄且轻掺杂，集电区轻掺杂但面积大。 (c)几种三极管外形 3.2.2 晶体管的电流放大过程 发射结正偏（PN结加“正向电压”或“正向偏置”） 、集电结反偏是晶体管电流放大的外部条件。 集电极收集的电子数远远大于在基区复合的电子数，这就是电流放大。 3.2.3 晶体管的伏安特性 输入特性：UBE＞Uon （即大于死区电压）时，才会产生基极电流IB。 3.2.4 晶体管的主要参数 共射极电流放大系数 极间反向电流ICBO和ICEO 集电极最大电流ICM、集电极最大功率PCM 、反向击穿电压UBRCEO 3.3 场效应管 三极管改变输入电流就可以改变输出电流，是电流控制器件，其输入阻抗不高。 场效应管是通过改变输入电压（即利用电场效应）来控制输出电流的，属于电压控制器件，其输入阻抗十分高，可达上百兆欧。 三极管参与导电的是两种极性的载流子：电子和空穴，而场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称单极性三极管。 场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管。 3.3 场效应管 3.3.1 结型场效应管 3.3.2 绝缘栅场效应管 (略) 3.3.3 场效应管的主要参数(略) 开启电压UT、夹断电压UP、漏极饱和电流IDSS、直流输入电阻RGS 低频跨导gm、漏极最大耗散功率PDM和反向击穿电压UBRGS、UBRDS等。 作业 P58: 3-3 3-4 3-8 3-9 栅极被绝缘层（SiO2）隔离。输入电阻更高，可达109欧以上。 这种管子又称MOS管，可分为增强型和耗尽型，各类又有N沟道和P沟道两种。 沟道增强型 MOS管共源极接法 (a)转移特性 (b)输出特性 N沟道增强型MOS管伏安特性 开启电压UT 转移特性：UGS≥UT时，才形成导电沟道，UGS增大，ID也增大。 输出特性：同结型场效应管一样，也分四个区。 (略) * * 共价键共 用电子对 +4 +4 +4 +4 +4表示除去价电子后的原子 +4 +4 +4 +4 P型硅的表示 空穴 P型半导体 硼原子 Si Si Si B 硅原子 空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动 + N型硅表示 多子 少子 N型半导体 多余电子 磷原子 硅原子 Si P Si Si (a)多子扩散使内电场增强