第二章半導體基本器件第二章半導體基本器件2.1半導體二極管PN結的單向導電原理，二極管的伏安特性2.2半導體三極管⑴三極管輸出特性中的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)等概念。⑵三極管共發(fā)射極電流放大系數(shù)的概念⑶三極管開關電路工作狀態(tài)的分析方法2.3MOS場效應管⑴MOS場效應管的分類及符號⑵增強型NMOS管的特性曲線2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識1.半導體的載流子

──電子和空穴半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，如硅(Si),鍺(Ge)。硅和鍺的原子結構簡化模型硅和鍺都是四價元素,原子的最外層軌道上有四個價電子?？蛇\動的帶電粒子2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識1.半導體的載流子──電子和空穴空穴運動（與自由電子運動不同）有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到鄰近共價鍵中。新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識1.半導體的載流子──電子和空穴結論：本征半導體中有兩種載流子①帶負電荷的自由電子②帶正電荷的空穴熱激發(fā)產生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結合而成對消失，稱為“復合”。2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識2.N型和P型半導體(1)N型半導體在硅晶體中摻入五價元素磷,多出的一個電子不受共價鍵的束縛,室溫下很容易成為自由電子。磷原子失去一個電子成為正離子（在晶體中不能移動）。每個磷原子都提供一個自由電子，自由電子數(shù)目大大增加，遠遠超過空穴數(shù)。這種半導體主要依靠電子導電，稱為電子型或N型半導體。2.1半導體二極管2.1.1半導體基本知識2.N型和P型半導體(2)P型半導體在硅晶體中摻入三價元素硼,硼原子與相鄰硅原子組成共價鍵時由于缺少一個價電子而產生一個空位，這個空位很容易被鄰近共價鍵中的價電子填補。硼原子得到一個電子成為負離子（在晶體中不能移動），失去價電子的共價鍵中出現(xiàn)一個空穴，每個硼原子都產生一個空穴，空穴數(shù)目大大增加，遠遠超過自由電子數(shù)。這種半導體主要依靠空穴導電，稱為空穴型或P型半導體。2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識2.N型和P型半導體(2)P型半導體的特點空穴：多數(shù)載流子（簡稱多子）自由電子：少數(shù)載流子（簡稱少子）2.1半導體二極管

2.1.1半導體基本知識

3.PN結的形成半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。半導體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導體的一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層：PN結2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識4.PN結的單向導電性①外加正向電壓（正向偏置）外加電場與內電場方向相反，內電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結處于“導通”狀態(tài)。2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識4.PN結的單向導電性②外加反向電壓（反向偏置）外加電場與內電場方向相同，內電場增強，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流IR，因為是少子漂移運動產生的，IR很小，這時稱PN結處于“截止”狀態(tài)。2.1

半導體二極管2.1.1半導體基本知識4.PN結的單向導電性③PN結伏安特性a.外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結仍處于截止狀態(tài)b.正向電壓大于“導通電壓UON”后，i隨著u增大迅速上升。Uon≈0.5V(硅)Uon≈0.1V(鍺)2.1

半導體二極管2.1.2二極管符號及主要參數(shù)二極管主要參數(shù)：1.最大正向電流IF

2.反向擊穿電壓U（BR）

A陽極K陰極IN4148IN40072.1

半導體二極管2.1.3二極管應用舉例二極管的伏安特性是一個非線性的曲線，在電路計算中，導通時管壓降近似估算為：UD≈0.7V（硅）UD≈0.3V（鍺）p42或視為一個理想開關，即導通時視為“短路”，截止時視為“開路”。p442.2半導體三極管NPN型和PNP型三極管的結構示意圖及電路符號C集電極BE發(fā)射極

P集電結發(fā)射結

N

NC集電極BE發(fā)射極基極

N集電結發(fā)射結

P

PCEBCEB

TO-220晶體管

TO-92晶體管TO-126晶體管

教材100－113頁TTL－TransisterTransisterLogic2.2

半導體三極管2.2.1三極管的符號及其特性曲線1.三極管的放大原理條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置電流的分配關系

β稱為電流放大系數(shù)β值通常在20～200之間2.2

半導體三極管2.2.1三極管的符號及其特性曲線2.三極管的特性曲線及三個工作區(qū)2.2

半導體三極管

2.2.1三極管的符號及其特性曲線2.三極管的特性曲線及三個工作區(qū)截止條件：特點：c~e

之間相當于斷開的開關2.2

半導體三極管2.2.1三極管的符號及其特性曲線2.三極管的特性曲線及三個工作區(qū)放大條件：特點：c~e

之間相當于受控電流源2.2

半導體三極管截止和飽和兩個狀態(tài)通稱為開關狀態(tài)。截止條件：

特點：c~e

之間相當于斷開的開關。飽和條件：

特點：

c~e

之間相當于閉合的開關。IbIc最大電流ICM,最大功率PCMIcm=600mA;PcM=625mW設工作電流Ic=200mAUce<625/200=3V共發(fā)射極電流放大系數(shù)2.2.2三極管的主要參數(shù)及應用電路如圖所示，已知β＝50，UCES=0.3V，uBE=0.7V，試計算uI分別為－1V，＋1V，＋3V時三極管的工作狀態(tài)。3KΩRc＋6VRb10KΩuI2.3MOS場效應管MOS場效應管是利用半導體表面的電場效應來控制輸出電流的，輸入端不需要供給電流。P型硅片作襯底，表面制作兩個N型區(qū)，引出源極(s)和漏極(d)，覆蓋一層SiO2，在漏源之間絕緣層上再制作一層金屬鋁，引出柵極(g)。金屬-氧化物-半導體場效應管（Metal-Oxide-semiconductor)電路符號gds2.3MOS場效應管uGS=0時，漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性的電壓，都不能導電。uGS

為正時，產生一個電場，把P型襯底少子電子吸引到襯底表面，當uGS增大到一定值時，電子在襯底表面形成一個N型層即N型導電溝道。2.3MOS場效應管小結：MOS管是一個受柵源電壓uGS控制的器件①uGS＜UGS(th)時，D-S間無導電溝道，MOS管截止。

②uGS＞UGS(th)時，D-S間才會形成導電溝道，故稱為N溝道增強型MOS管。uGS增大，導電溝道變寬。即改變uGS可以控制iD的大小。ΔID=gm×ΔUGSIG=0UGS(th):開啟電壓轉移特性輸出特性

uGS＜UGS(th)，管子處于截止狀態(tài),D、S之間相當于斷開的開關uGS＞UGS(th)

，uDS較小。iD與uDS之間近似為線性關系，D、S之間相當于一個由uGS控制的可變電阻。uGS＞UGS(th)

，uDS較大，iD取決于uGS。