双极和MOS晶体管.pptxVIP

双极和MOS晶体管第1页/共36页第2页/共36页一、双极晶体管收集极发射极发射结收集结发射区基区收集区基极1. 双极晶体管的结构由两个相距很近的PN结组成：基区宽度远远小于少子扩散长度分为：NPN和PNP两种形式第3页/共36页电子流空穴流NPN晶体管的电流输运2.NPN晶体管的电流转换第4页/共36页3.晶体管的直流特性共发射极的直流特性曲线三个区域：饱和区放大区截止区第5页/共36页4. 晶体管的特性参数4.1 晶体管的电流增益（放大系数）共发射极直流放大系数交流放大系数?0、 ?共基极直流放大系数和交流放大系数?0 、 ?两者的关系第6页/共36页4.2 晶体管的反向漏电流和击穿电压反向漏电流Icbo：发射极开路时，收集结的反向漏电流Iebo：收集极开路时，发射结的反向漏电流Iceo：基极开路时，收集极－发射极的反向漏电流 晶体管的主要参数之一第7页/共36页4.3 晶体管的击穿电压BVcboBVceoBVebo BVceo是晶体管的重要直流参数之一。它标志在共发射极运用时，收集级-发射级间能承受的最大反向电压。第8页/共36页4.4 晶体管的频率特性（1）?截止频率 f?：共基极电 流放大系数减小到低频值的 所对应的频率值（2）?截止频率f ? ：（3）特征频率fT：共发射极电流放大系数为1时对应的工作频率（4）最高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率第9页/共36页5. BJT的特点优点与输运时间相关的尺寸由工艺参数决定，与光刻尺寸关系不大高速应用易于获得高fT垂直结构大功率应用整个发射上有电流流过易于获得大电流可获得单位面积的大输出电流开态电压VBE与尺寸、工艺无关模拟电路片间涨落小，可获得小的电压摆幅易于小信号应用第10页/共36页输入电压直接控制提供输出电流的载流子密度高跨导可同时在大或小的电流下工作而无需调整输入电容随工作电流的减小而减小输入电容由扩散电容决定第11页/共36页缺点存在直流输入电流，基极电流功耗大饱和区中存储电荷的存在开关速度慢开态电压无法成为设计参数设计BJT的关键：获得尽可能大的IC和尽可能小的IB第12页/共36页第13页/共36页场效应晶体管的定义§2.3 MOS场效应晶体管是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单、器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。双极型晶体管是通过控制基极电流达到控制集电极电流的目的。而场效应管的输出电流由输入端电压控制，两者的控制原理截然不同。第14页/共36页分类Junction type Field Effect TransistorN沟道场效应管结型场效应三极管JFETP沟道绝缘栅型场效应三极管IGFETInsulated Gate Field Effect Transistor第15页/共36页MOSFET－ Metal Oxide Semiconductor FET金属氧化物半导体三极管增强型（EMOS）N沟道P沟道耗尽型（DMOS）N沟道P沟道第16页/共36页源极金属栅极漏极衬底极USGD沟道宽度电路符号DWU SiO2绝缘层GPlSP 型硅 衬底++PP++NN沟道长度 N 沟道 EMOSFET 结构示意图S(Source)G(Gate)D(Drain)第17页/共36页MOS管结构G－栅极（基极）S－源极（发射极）D－漏极（集电极）B－衬底N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极以N沟道增强型MOS管为例第18页/共36页MOS管工作原理以N沟道增强型MOS管为例正常放大时外加偏置电压的要求问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？第19页/共36页栅源电压VGS对iD的控制作用当VGS＞VTN时，由于此时栅压较强，P型半导体表层中将聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极连通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。0＜VGS＜VTN时，SiO2中产生一垂直于表面的电场，P型表面上感应出现许多电子，但电子数量有限,不能形成沟道。VGSVTN时（ VTN 称为开启电压)VGS＞VTN时(形成反型层)当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为反型层。在漏源电压作用下开始导电时（即产生iD）的栅源电压为开启电压VT 第20页/共36页漏源电压VDS对iD的控制作用当VDS继续增加时，由于沟道电阻的存在，沟道上将产生压降，使得电位从漏极到源极逐渐减小，从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大，反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。 当