第一章半導體器件基礎知識1第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述

半導體器件是電子線路的核心器件。只有掌握半導體器件的結構、性能、工作原理和特點，才能正確分析電子電路工作原理，正確選擇和合理使用半導體器件。本章主要介紹二極管、三極管、場效應管、晶閘管的結構、性能、主要參數(shù)以及常用器件的識別與性能測試等。

本章重點：PN結的特性、晶體三極管、場效應管的工作原理、主要參數(shù)和外特性。

本章難點：PN結的形成、三極管電流放大作用本章概述第一節(jié)本章概述第五節(jié)2第一節(jié)半導體的基本知識

一、半導體的概念

半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質。常用的半導體材料有硅（Si）、鍺（Ge）、硒（Se）和砷化鎵（GaAs）等。二、半導體的特性（1）熱敏特性和光敏特性：溫度升高或受到光照，半導體材料的導電能力增強。（2）摻雜特性

：本征半導體中摻入某種微量元素(雜質)后，它的導電能力增強，利用該特性可形成雜質半導體。

第一節(jié)半導體的基本知識

第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)3第一節(jié)半導體的基本知識

圖1-1共價健結構與空穴產生示意圖第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)三、本征半導體

純凈的不含任何雜質、晶體結構排列整齊的半導體。共價鍵：相鄰原子共有價電子所形成的束縛。半導體中有自由電子和空穴兩種載流子參與導電?？昭óa生：價電子獲得能量掙脫原子核吸引和共價鍵束縛后留下的空位，空穴帶正電。4四、N型和P型半導體

(1)N型半導體(N-typesemiconductor)

在四價的本征半導體(硅)中摻入微量五價元素磷，就形成了N型半導體。

(2)P型半導體(P-typesemiconductor)：在四價的本征半導體(硅)中摻入微量三價元素(硼)就形成P型半導體。a)N型半導體

b)P型半導體第一章半導體器件基礎知識

第一節(jié)半導體的基本知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)5五、PN結

1．PN結的形成第一章半導體器件基礎知識

第一節(jié)半導體的基本知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)PN結P區(qū)N區(qū)內電場電子空穴PN結的形成在一塊純凈的半導體晶體上，采用特殊摻雜工藝，在兩側分別摻入三價元素和五價元素。一側形成P型半導體，另一側形成N型半導體如圖所示。6第一章半導體器件基礎知識

第一節(jié)半導體的基本知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

2．PN結的單向導電性當PN結的兩端加上正向電壓，即P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負極，稱為PN結正偏，如圖所示。ER變窄P區(qū)N區(qū)內電場外電場IPN結正偏7第一章半導體器件基礎知識

第一節(jié)半導體的基本知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)PN結反偏如果給PN外加反向電壓，即P區(qū)接電源的負極，N區(qū)接電源的正極，稱為PN結反偏，如圖所示。外加電壓在PN結上所形成的外電場與PN結內電場的方向相同，增強了內電場的作用，破壞了原有的動態(tài)平衡，使PN結變厚，加強了少數(shù)載流子的漂移運動，由于少數(shù)載流子的數(shù)量很少，所以只有很小的反向電流，一般情況下可以忽略不計。這時稱PN結為反向截止狀態(tài)。ER變寬P區(qū)N區(qū)內電場外電場I=0

PN結正偏時導通，反偏時截止，因此它具有單向導電性，這也是PN結的重要特性8第二節(jié)半導體二極管一、二極管的結構、類型、電路符號

通過一定的生產工藝把半導體的P區(qū)和N區(qū)部分結合在一起，則它們的交界處就會形成一個具有單向導電性的薄層，稱為PN結。以PN結為管芯，在P區(qū)和N區(qū)均接上電極引線，并以外殼封裝，就制成了半導體二極管，簡稱二極管。1、二極管電路符號：箭頭方向表示二極管導通時的電流方向。

a)內部結構

b)電路符號第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)9

2、二極管的分類

(1)按所用材料不同劃分：硅管和鍺管

(2)按制造工藝不同劃分①點接觸型：結電容很小，允許通過的電流也很?。◣资涟惨韵拢?，適用于高頻檢波、變頻、高頻振蕩等場合。2AP系列和2AK系列；②面接觸型：允許通過的電流較大，結電容也大，工作頻率較低，用作整流器件。如國產硅二極管2CP和2CZ系列；③硅平面型，2CK系列開關管。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)10圖

二極管結構

a)點接觸型

b)硅面接觸型

c)硅平面型第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)11二、二極管的伏安特性

1、二極管的單向導電性如圖，(a)中的開關閉合，燈亮，大電流；圖(b)開關閉合，燈不亮，電流幾乎為零。

半導體二極管單向導電性實驗

a)二極管正向偏置

b)二極管反向偏置二極管正偏導通，反偏截止的這種特性稱為單向導電性

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第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)122、二極管的伏安特性

在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，I=f

(U

)之間的關系曲線。硅管的伏安特性604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)13（1）正向特性

當正向電壓比較小時，正向電流很小，幾乎為零。相應的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。

當正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。正向特性60402000.40.8I/mAU/V第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)14(2)反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性

當電壓超過零點幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；

二極管加反向電壓，反向電流很小,

如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流會突然增大,反向飽和電流這種現(xiàn)象稱擊穿，對應電壓叫反向擊穿電壓。

擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復正常。擊穿電壓U(BR)第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)15三、溫度對二級管特性的影響

1．溫度升高1℃，硅和鍺二極管導通時的正向壓降UF將減小2.5mv左右。

2．溫度每升高10℃，反向電流增加約一倍。

3．溫度升高UBR下降。

二極管的特性對溫度很敏感，具有負溫度系數(shù)。四、二級管的主要參數(shù)

1．最大整流電流IFIF為指二極管長期運行時允許通過的最大正向直流電流。IF與PN結的材料、面積及散熱條件有關。大功率二極管使用時，一般要加散熱片。在實際使用時，流過二極管最大平均電流不能超過IF，否則二極管會因過熱而損壞。

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第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)162.最高反向工作電壓UR

工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作頻率fM

fM

值主要決定于PN結結電容的大小。結電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)17五、二極管的應用

第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

1、整流電路整流電路是利用二極管的單向導電作用，將交流電變成脈動直流電的電路。具體電路將在第８章節(jié)中介紹。

2．限幅電路限幅電路又稱削波電路，是用來限制輸入信號電壓范圍的電路。

(1)單向限幅電路單向限幅電路如圖所示。輸入電壓和輸出電壓波形如圖所示。圖1－８單向限幅電路18第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

(2)雙向限幅電路通常將具有上、下門限的限幅電路稱為雙向限幅電路，電路及其輸入波形如圖1-９所示。圖中電源電壓U1、U2用來控制它的上、下門限值。圖1-９雙向限幅電路19第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

3．鉗位電路鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。鉗位電路在數(shù)字電子技術中的應用最廣。如圖1－10所示是數(shù)字電路中最基本的與門電路，也是鉗位電路的一種形式。設二極管為理想二極管，當輸入UA=UB=3V時，二極管VD1、VD2正偏導通，輸出電位被鉗制在UA和UB上，即UF=3V；當UA=0V，UB=3V，則ＶD1導通，輸出被鉗制在UF=UA=0V，ＶD2反偏截止。RVD1VD2ABF輸入端輸出端+12V20第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

4．檢波電路檢波電路是把信號從已調波中檢出來的電路。檢波電路在調幅收音機及電視機中都有應用，電路如圖1－11所示。CVDR￡-ui+￡-uo+L21第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)六、特殊二極管

1．發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是一種將電能轉換成光能的特殊二極管，它的外型和符號如圖1－12所示。在LED的管頭上一般都加裝了玻璃透鏡。圖1－12發(fā)光二極管的外型和符號通常制成LED的半導體中的摻雜濃度很高，當向管子施加正向電壓時，大量的電子和空穴在空間電荷區(qū)復合時釋放出的能量大部分轉換為光能，從而使LED發(fā)光。使用時必須正向偏置。它工作時只需1.5~3V的正向電壓和幾毫安的電流就能正常發(fā)光，由于LED允許的工作電流小，使用時應串聯(lián)限流電阻。22第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

2．光電二極管光電二極管又稱光敏二極管，是一種將光信號轉換為電信號的特殊二極管（受光器件）。光電二極管的符號如圖所示。光電二極管工作在反向偏置下，無光照時，流過光電二極管的電流（稱暗電流）很??；受光照時，產生電子—空穴對（稱光生載流子），在反向電壓作用下，流過光電二極管的電流（稱光電流）明顯增強。利用光電二極管可以制成光電傳感器，把光信號轉變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)控制或測量等。如果把發(fā)光二極管和光電二極管組合并封裝在一起，則構成二極管型光電耦合器件，光電耦合器可以實現(xiàn)輸入和輸出電路的電氣隔離和實現(xiàn)信號的單方向傳遞。它常用在數(shù)/模電路或計算機控制系統(tǒng)中做接口電路。受光面受光面23第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)

3．變容二極管變容二極管是利用PN結結電容可變原理制成的半導體器件，它仍工作在反向偏置狀態(tài)。變容二極管的特點是結電容隨反偏電壓的變化而變化，它主要用在電視機、錄音機、收音機的調諧電路和自動微調電路中，其電路符號如圖所示。24第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)4．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種在規(guī)定反向電流范圍內可以重復擊穿的硅平面二極管。它的伏安特性曲線、圖形符號及穩(wěn)壓管電路如圖1－15所示。穩(wěn)壓管符號++I/mAU/VO+正向

+反向UI25第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)半導體二極管第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)穩(wěn)壓管主要參數(shù)如下：

1)穩(wěn)定電壓Uz

Uz是穩(wěn)壓管反向擊穿穩(wěn)定工作的電壓。型號不同，Uz值就不同，根據需要查手冊確定。

2)穩(wěn)定電流Iz

Iz是指穩(wěn)壓管工作的最小電流值。如果電流小于Iz，則穩(wěn)壓性能差，甚至失去穩(wěn)壓作用。

3)動態(tài)電阻rz

rz是穩(wěn)壓管在反向擊穿工作區(qū)，電壓的變化量與對應的電流變化量的比值，即

rz=△Uz/△Iz

rz越小，穩(wěn)壓性能越好。26第三節(jié)半導體三極管一、三極管的結構、電路符號、分類（2）三極管的分類

(1)按結構劃分：NPN和PNP。

(2)按所用半導體材料劃分：硅管和鍺管。

(3)按用途劃分：放大管和開關管。

(4)按工作頻率劃分：低頻管和高頻管。

(5)按功率大小劃分：小功率管、中功率管、大功率管。（1）三極管的外形如下圖所示。X：低頻小功率管D：低頻大功率管G：高頻小功率管A：高頻大功率管第三節(jié)半導體三極管第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)27第三節(jié)半導體三極管（3）三極管的結構與符號

NNPecb集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNPN型第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)28第三節(jié)半導體三極管（3）三極管的結構與符號

PPNecb集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極ePNP型第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)29第三節(jié)半導體三極管注意：(1)兩種管子的電路符號用發(fā)射極箭頭方向的不同以示區(qū)別，箭頭方向表示發(fā)射結正偏時發(fā)射極電流的實際方向。(2)在使用時三極管的發(fā)射極和集電極不能互換。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)30第三節(jié)半導體三極管二、三極管的電流放大作用及其放大基本條件

1．三極管各極的電流分配IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.010.561.141.742.332.91IE/mA0.010.571.161.772.372.96三極管電流分配實驗電路

由下表得出規(guī)律：IE=IC+IB即發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)31第三節(jié)半導體三極管

2．三極管的電流放大作用（1）三極管的電流放大作用就是基極電流IB的微小變化控制了集電極電流IC較大的變化。（2）三極管放大電流時，被放大的IC是由電源VCC提供的，并不是三極管自身生成的，放大的實質是小信號對大信號的控制作用。（3）三極管是一種電流控制器件。

3．三極管放大的基本條件

（1）放大的偏置條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。（2）NPN管具有放大作用時的電位關系：UC＞UB＞UE；PNP管：UC＜UB＜UE。

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第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)32第三節(jié)半導體三極管三、三極管的輸入輸出特性曲線

三極管的各個電極上電壓和電流之間的關系曲線稱為三極管的伏安特性曲線或特性曲線。三極管在電路中的連接方式（組態(tài)）不同，其特性曲線也不同。用NPN型管組成的共射特性曲線測試電路如圖所示。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)33第三節(jié)半導體三極管1、輸入特性曲線

共射輸入特性曲線方程式：

(1)UCE=0時的輸入特性曲線OIB/A

當UCE=0時，基極和發(fā)射極之間相當于兩個PN結并聯(lián)。所以，當b、e之間加正向電壓時，應為兩個二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bce第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)34第三節(jié)半導體三極管

(2)UCE>0時的輸入特性曲線

*特性右移*UCE

≥1V，特性曲線重合。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)35第三節(jié)半導體三極管[例]:三極管工作狀態(tài)的判斷

測量某硅材料NPN型BJT各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝3.6V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝3.4V正偏反偏反偏集電結正偏正偏反偏發(fā)射結飽和放大截止解：對NPN管而言，放大時VC

＞VB

＞VE

對PNP管而言，放大時VC

＜VB

＜VE

所以（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)UCE

＜UBE

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第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)36第三節(jié)半導體三極管２、輸出特性100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O51015

劃分四個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)、擊穿區(qū)。飽和區(qū)放大區(qū)

①截止區(qū)IB≤0的區(qū)域。

兩個結都處于反向偏置。

IB=0時，IC=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)擊穿區(qū)IC

/mAUCE

/V4321O51015第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)37第三節(jié)半導體三極管100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O51015放大區(qū)IC

/mAUCE

/V4321O51015②放大區(qū)條件：發(fā)射結正偏集電結反偏對NPN管UBE>0，UBC<0

特點：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)38第三節(jié)半導體三極管100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O51015IC

/mAUCE

/V4321O51015③飽和區(qū)條件：兩個結均正偏對NPN管UBE>0,UBC>0。

特點：IC

基本上不隨IB

而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。I

C

IB。飽和區(qū)

當UCE=UBE，即UCB=0時，稱臨界飽和，UCE

<

UBE時稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)39第三節(jié)半導體三極管100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O51015IC

/mAUCE

/V4321O51015④擊穿區(qū)擊穿區(qū)當三極管uCE增大到某一值時，iC將急劇增加，特性曲線迅速上翹，這時三極管發(fā)生擊穿。工作時應避免管子擊穿。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)40第三節(jié)半導體三極管四、三極管的主要參數(shù)及溫度對特性的影響

1.電流放大系數(shù)（1）共射電流放大系數(shù)（2）共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時，第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)41第三節(jié)半導體三極管（3）共基電流放大系數(shù)（4）共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時，

和

這兩個參數(shù)不是獨立的，而是互相聯(lián)系，關系為：第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)42第三節(jié)半導體三極管β與溫度的關系：溫度升高，β值增大。每升高1℃，β值增加0.5%～1%，反映在輸出特性曲線上就是各條曲線的間距增大。2.極間反向電流(1).集電極-基極反向飽和電流ICBOICBOcebA

小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)43第三節(jié)半導體三極管(2).集電極-發(fā)射極反向飽和電流(穿透電流)ICEOICEOAceb

當b開路時，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)44第三節(jié)半導體三極管3.極限參數(shù)它是表征三極管能安全工作的參數(shù)。(1).集電極最大允許電流ICM

當IC過大時，三極管的值要減小。在IC=ICM

時，值下降到額定值的三分之二。當超過這個值時，放大性能下降或損壞管子。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)45第三節(jié)半導體三極管（2）反向擊穿電壓U(BR)CBO

發(fā)射極開路時，集電極－基極之間允許施加的最高反向電壓，超過此值，集電結發(fā)生反向擊穿。過電壓ICU(BR)CEOUCEO過損耗區(qū)安全工作區(qū)過流區(qū)ICMU(BR)EBO

集電極開路時，發(fā)射極－基極之間允許施加的最高反向電壓。U(BR)CEO

基極開路時，集電極與發(fā)射極之間所能承受的最高反向電壓。為可靠工作，使用時VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在輸出特性曲線中，iB＝0的曲線開始急劇上翹所對應的電壓即為U(BR)CEO，其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)46第三節(jié)半導體三極管(3)集電極最大允許耗散功率

PCM

將IC與UCE乘積等于規(guī)定的PCM值各點連接起來，可得一條雙曲線。ICUCE<PCM

為安全工作區(qū)ICUCE>PCM為過損耗區(qū)ICUCEOPCM=ICUCE安全工作區(qū)過損耗區(qū)第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)47第三節(jié)半導體三極管[例]:測得工作在放大電路中幾個晶體管三個電極的電位U1、U2、U3分別為：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V

（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V

（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？確定e、b、c分析得（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN鍺（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP鍺解:發(fā)射結正偏，集電結反偏。對于NPN管UBE＞0，UBC＜0。

先求UBE，若等于0.6--0.7V，為硅管；若等于0.2--0.3V，為鍺管。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)48第四節(jié)場效應管

場效應管是僅由多數(shù)載流子參與導電的半導體有源器件,它是一種由輸入信號電壓來控制其輸出電流大小的半導體三極管,為電壓控制器件。只有一種載流子參與導電，也稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；

輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。第四節(jié)場效應管第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)49第四節(jié)場效應管N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型增強型耗盡型N溝道P溝道第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)50第四節(jié)場效應管一、增強型絕緣柵場效應管的結構及其工作原理1.結構和符號P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S襯底引線B柵極G圖1-26

N溝道增強型MOS管的結構GSDSiO2漏極DGSDSiO2SGDBN溝道符號SGDBIDP溝道符號第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)51第四節(jié)場效應管2.工作原理與特性曲線以N溝道增強型MOS管為例進行討論

(1)工作原理工作時,N溝道增強MOS管的柵源電壓和漏源電壓均為正向電壓。當UGS=0時SBD

漏源之間相當于兩個背靠背的PN結,漏極與源極之間無導電溝道，即使加上,也無漏極電流,。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)52

UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N+N+BGSD

P型襯底中的電子被吸引靠近SiO2

與空穴復合，產生由負離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。VGG---------

UDS=0，UGS≥UT

由于吸引了足夠多的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層即N型導電溝道。---N型溝道

UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UT為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。第四節(jié)場效應管第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)53

UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)

導電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流ID

。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT

靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現(xiàn)預夾斷。c.UDS>UGS–UT，

UGD<UT

由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)第四節(jié)場效應管第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)54第四節(jié)場效應管（2）特性曲線場效應管的特性曲線常用的有輸出特性曲線和轉移特性曲線兩種。場效應管的輸出特性又稱為漏極特性，關系式為：當漏源電壓為某一定值時，漏極電流與柵源電壓之間的關系式為轉移特性關系式，即轉移特性UGS<UT，ID=0；

UGS≥UT，形成導電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。UT2UTIDOUGS/VID/mAO第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)55第四節(jié)場效應管N溝道增強型MOS管的輸出特性曲線預夾斷軌跡恒流區(qū)擊穿區(qū)

可變電阻區(qū)夾斷區(qū)1）可變電阻區(qū)（也稱非飽和區(qū)）2）恒流區(qū)（也稱飽和區(qū)、放大區(qū)、有源區(qū)）3）夾斷區(qū)（也稱截止區(qū)）4）擊穿區(qū)第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)56第四節(jié)場效應管二、耗盡型絕緣柵型場效應管的結構及其工作原理1.結構和符號

與增強型的主要區(qū)別是:制造時已經在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在P型襯底中“感應”負電荷，漏、源極間形成了N型導電溝道（反型層）。N+++++++N+sdBＰ型襯底耗盡層摻雜后具有正離子的絕緣層Ｎ溝道管的結構示意圖SGDBＮ溝道管符號Ｎ型溝道g第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)57第四節(jié)場效應管2.工作原理

當uGS為正時，反型層變寬，溝道電阻變小，iD變大；而當uGS為負時，反型層變窄，溝道電阻變大，iD變小。當uGS減小到某一負值時，反型層消失，漏-源間的導電溝道隨之消失，iD=0。此時的uGS稱為夾斷電壓UGS(off)。工作條件：UDS>0；UGS

正、負、零均可。iDsgdBN溝道符號iDsgdBP溝道符號第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)58第四節(jié)場效應管三、結型場效應管的簡介

圖1-30

結型場效應管a）N溝道管的結構示意圖

b）平面結構示意圖c）N溝道管的電路符號

d)P溝道管的符號第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)59第四節(jié)場效應管1．結型場效應管也分為N溝道和P溝道兩種。2．結型場效應管中存在原始溝道，故屬于耗盡型。

3．N溝道結型場效應管正常工作時，柵源之間加反向電壓，即uGS＜0，使兩個PN結反偏；漏源之間加正向電壓，即uDS＞0，形成漏極電流iD。

4．N溝道結型場效應管工作在各個區(qū)域的條件：當滿足uGS>UGS(off)(夾斷電壓)，uDS<uGS－UGS(off)時工作在可變電阻區(qū)；當滿足uGS≥UGS(off)且uDS≥uGS－UGS(off)時工作在恒流區(qū)；當滿足uGS<UGS(off)時工作在夾斷區(qū)。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)60第四節(jié)場效應管四、場效應管的主要參數(shù)

1．性能參數(shù)（1）開啟電壓UGS(th)和夾斷電壓UGS(off)

它指uDS一定時，使漏極電流iD等于某一微小電流時柵、源之間所加的電壓uGS，對于增強型MOS管稱為開啟電壓UGS(th)，對于耗盡型MOS管稱為夾斷電壓UGS(off)。

（2）飽和漏極電流IDSS

它是耗盡型管子的參數(shù)，指工作在飽和區(qū)的耗盡型場效應管在uGS＝0時的飽和漏極電流。（3）直流輸入電阻RGS

指漏、源極間短路時，柵、源直流電壓和柵極直流電流之比。結型管的大于Ω，而MOS管的大于Ω。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)61第四節(jié)場效應管（4）低頻跨導gm用以描述柵源之間的電壓UGS

對漏極電流ID

的控制作用。單位：ID毫安(mA)；UGS

伏(V)；gm毫西門子(mS)第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)62第四節(jié)場效應管

2．極限參數(shù)

（1）最大漏極電流IDM

IDM是指管子在工作時允許的最大漏極電流。

（2）最大耗散功率PDM

最大耗散功率PDM＝uDSiD，其值受管子的最高工作溫度的限制。

（3）漏源擊穿電壓U（BR）DS

它是漏、源極間所能承受的最大電壓，即uDS增大到使iD開始急劇上升(管子擊穿)時的uDS值。

（4）柵源擊穿電壓U（BR）GS

它是指柵、源極間所能承受的最大電壓。uGS值超過此值時，柵源間發(fā)生擊穿。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)63第四節(jié)場效應管各類場效應管比較表第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)64第五節(jié)單結晶體管及晶閘管簡介第五節(jié)單結晶體管及晶閘管簡介

晶閘管（VT），曾經稱為可控硅（SCR），是一種工作于開關狀態(tài)的大功率半導體器件。它的主要特點是控制能力很強，只要幾十到幾百毫安電流和幾伏電壓的小信號，便能控制大電流、高電壓（電流可達上千安，電壓可達上萬伏）電路的導通和斷開。具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、使用靈活方便等優(yōu)點。第一章半導體器件基礎知識

第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)本章概述第一節(jié)第五節(jié)65一、晶閘管的基本結構晶閘管外形圖第一章半導體器件基礎知識

第五節(jié)單結晶體管及晶閘管