1、第一章半導(dǎo)體器件與其應(yīng)用1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 導(dǎo)體 物質(zhì)按導(dǎo)電性能可分 半導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體材料有:硅（Si）和鍺（Ge）等。1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體。 共價(jià)鍵形式存在。 1、本征半導(dǎo)體的兩種載流子、本征半導(dǎo)體的兩種載流子-電子和空穴電子和空穴2、本征半導(dǎo)體的特性、本征半導(dǎo)體的特性 光敏特性光照增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)電性能加強(qiáng)。 熱敏特性溫度升高時(shí)，導(dǎo)電性能加強(qiáng)。 可摻雜特性摻入微量的其他元素，導(dǎo)電能力大大加強(qiáng)。3 3、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的分類：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素，由于雜質(zhì)原子的最外層有

2、5個(gè)價(jià)電子，因此它與周?chē)?4個(gè)硅（鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，多余出1個(gè)價(jià)電子，它不受共價(jià)鍵的束縛而為自由電子，并留下帶正電的雜質(zhì)離子，它不能參與導(dǎo)電。N型半導(dǎo)體的多子多子N型半導(dǎo)體的少子少子+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子P型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素，由于雜質(zhì)原子的最外層有3個(gè)價(jià)電子，因此它與周?chē)?4個(gè)硅（鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，多余出1個(gè)“空位子”即空穴。P型半導(dǎo)體的多子多子P型半導(dǎo)體的少子少子 注意注意：1.不論N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體都是電中性，對(duì)外不顯電性。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體多子和少子移動(dòng)都形成電流。主要是多子起導(dǎo)電作用。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子 1.

3、1.2 PN結(jié)結(jié) 1PN結(jié)的形成結(jié)的形成 在半導(dǎo)體基片上分別制造N型和P型兩種半導(dǎo)體。經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng),兩運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，由離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 1.1.2 PN結(jié)結(jié) 1PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N 結(jié)加正向電壓正偏的意思是： P 區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)加反向電壓反偏的意思是： P 區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置PNPN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 PN反向偏置反向偏置 PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.1 1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)

4、和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)按PN結(jié)形成的制造工藝方式分： 點(diǎn)接觸型 面接觸型 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型適合用作高頻檢波器件。適用于作整流器件二極管按用途分為 ： 整流管、 檢波二極管、 穩(wěn)壓二極管、 光電二極管 開(kāi)關(guān)二極管等。二極管的伏安特性二極管的伏安特性 1 1 二極管伏安特性二極管伏安特性通過(guò)二極管的電流I與端電壓U之間的關(guān)系曲線。正向特性：正向特性：1.1.死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管的死區(qū)電壓約為0.5 V鍺管的死區(qū)電壓約為2.2.正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航礥 UF F硅管的UF為鍺管的UF為0.20.40.60.8O5101530 U(BR)CCDDIRAABB硅鍺iV / mAuV / V

5、(A)5反向特性反向特性 反向飽和電流反向飽和電流硅管的反向飽和電流為1微安以下鍺管的反向飽和電流為幾十到幾百微安反向擊穿電壓反向擊穿電壓。 發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向?qū)щ娦浴?.2.3 1.2.3 溫度對(duì)二極管特性的影響溫度對(duì)二極管特性的影響0.20.40.60.8O5101530 U(BR)CCDDIRAABB硅鍺iV / mAuV / V(A)5溫度升高 二極管的正向壓降將減小； 反向飽和電流隨將增加； 反向擊穿電壓將降低 1.2.4 半導(dǎo)體器件型號(hào)命名法半導(dǎo)體器件型號(hào)命名法 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),半導(dǎo)體器件的型號(hào)由五部分組成: 一、一、用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件的電極數(shù)目，規(guī)定

6、：2代表二極管， 3代表三極管。二、二、用漢語(yǔ)拼音字母表示器件的材料，規(guī)定：A、B是鍺材料， C、D是硅材料。三、用漢語(yǔ)拼音字母表示器件的用途，如：P普通管；Z整流管；K開(kāi)關(guān)管；W穩(wěn)壓管。四、用阿拉伯?dāng)?shù)字表示序號(hào)，反映了管子在極限參數(shù)、直流參數(shù)和交流參數(shù)等方面的差異。五、用漢語(yǔ)拼音字母表示規(guī)格號(hào)，反映了管子承受反向擊穿電壓的程度。如A、B、D.其中A承受反向擊穿電壓最低,B次之.1.2.5 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)參數(shù)的作用： (1)定量描述二極管在某一方面的性能。 (2)根據(jù)二極管的參數(shù)來(lái)合理選用二極管。二極管的主要參數(shù)有：(1)最大整流電流IF:二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向平

7、均電流。 (2)最大反向工作電壓URM ：二極管在工作時(shí)所能承受的最大反向電壓值。 URM通常為反向擊穿電壓UBR 的一半。 (3)最高工作頻率fM：保持二極管單向?qū)ㄐ阅埽怆妷涸试S最高頻率。(4)其他參數(shù)：結(jié)電容、正向壓降等。1.2.6 1.2.6 特殊二極管介紹特殊二極管介紹1.1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作區(qū)域這種“反向擊穿”是可恢復(fù)的 只要外電路保障電流在限定范圍內(nèi)，就不致引起熱擊穿而損壞穩(wěn)壓管。(1)(1)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ：當(dāng)穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定值時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值。穩(wěn)定電流IZ ：有最大穩(wěn)定電流IZmax和最小穩(wěn)定電流IZmin 和工作電流之 分。一

8、般來(lái)說(shuō)，穩(wěn)壓管的工作電流要大于IZmin ，而小于Izmax動(dòng)態(tài)電阻RZ：動(dòng)態(tài)電阻RZ越小越好(2) (2) 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓管的應(yīng)用應(yīng)用UI是不穩(wěn)定的可變直流電壓UO是希望得到的穩(wěn)定的電壓R是限流電阻VDZ是穩(wěn)壓管RL是負(fù)載電阻。（3 3）使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng)）使用穩(wěn)壓管的注意事項(xiàng) 外加電源正極接N區(qū),負(fù)極接P區(qū)； 穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻R并聯(lián)； 應(yīng)采取限流措施，以防熱擊穿。 VRLUI-+IRIZIOUO+-例 在圖中，已知穩(wěn)壓二極管的UVDZ=6.3V, 當(dāng)UI=20V，R=1k時(shí)，求UO。已知穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航礥F=0.7 V。 解當(dāng)UI=+20V, VDZ1反向擊穿穩(wěn)壓，UVDZ1，V

9、DZ2正向?qū)ǎ琔F2，則UO=+7V；同理，UI= -20V, UO= -7V。 2.2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED)(LED) 發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，在PN結(jié)上加正向電壓時(shí)就會(huì)發(fā)光的二極管，用于信號(hào)指示等電路中 。發(fā)光二極管電路符號(hào)如圖 V3.3.光電二極管光電二極管使用時(shí)其PN結(jié)工作在反向偏置狀態(tài)下，它是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的半導(dǎo)體器件。光電二極管電路符號(hào)如圖VIU照度增加照度增加4.4.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的電容效應(yīng)工作的，它工作于反向偏置狀態(tài). 5.5.激光二極管激光二極管 激光二極管工作時(shí)，接正向電壓，當(dāng)PN結(jié)中通過(guò)一定的正向電流時(shí)，PN結(jié)發(fā)射

10、出激光。1.3 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用二極管可用來(lái)整流、檢波、 鉗位、 限幅、 開(kāi)關(guān)以及元件保護(hù)。 1 整流整流所謂整流, 就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路。 2 鉗位鉗位利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性， 可組成鉗位電路。圖中，F(xiàn)點(diǎn)的電位被鉗制在A點(diǎn)電位左右， 即UF0。 3 限幅限幅 利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦裕?可以構(gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值以內(nèi)。圖1.1.6(a)為一雙向限幅電路，設(shè)輸入電壓ui=10sint(V), Us1=Us2=5V。 當(dāng)-Us2uiUs1時(shí)

11、，VD1處于正向偏置而導(dǎo)通，使輸出電壓保持在Us1。 當(dāng)ui-Us2時(shí)， VD2處于正向偏置而導(dǎo)通，輸出電壓保持在-Us2。由于輸出電壓uo被限制在+Us1與-Us2之間，即|uo|5V, 好像將輸入信號(hào)的高峰和低谷部分削掉一樣, 因此這種電路又稱為削波電路。 輸入、 輸出波形如圖1.1.6(b)所示。 4 元器件保護(hù)元器件保護(hù) 在電子線路中，常用二極管來(lái)保護(hù)其他元器件免受過(guò)高電壓的損害，如圖所示電路，L和R是線圈的電感和電阻。 在開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)S接通時(shí)：接通時(shí)：電源E給線圈供電，L中有電流流過(guò)， 儲(chǔ)存了磁場(chǎng)能量。在開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)S突然斷開(kāi)時(shí)：突然斷開(kāi)時(shí)：L中將產(chǎn)生一個(gè)高于電源電壓很多倍的自感電動(dòng)勢(shì)e

12、L，eL與E疊加作用在開(kāi)關(guān)S的端子上，在S的端子上產(chǎn)生電火花放電， 這將影響設(shè)備的正常工作，使開(kāi)關(guān)S壽命縮短。接入二極管接入二極管VD后后，eL通過(guò)二極管VD放電, 使L中儲(chǔ)存的能量不經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S放掉， 從而保護(hù)了開(kāi)關(guān)S。 1.4 單相整流濾波電路單相整流濾波電路 單相整流電路可以把交流電利用二極管的單向?qū)ㄔ碚兂芍绷麟姟蜗嗾麟娐贩譃榘氩ㄕ鳌⑷ㄕ鳌蚴秸骱捅秹赫麟娐贰蜗喟氩ㄕ麟娐穯蜗喟氩ㄕ麟娐?.單相半波整流電路的結(jié)構(gòu)工作原理單相半波整流電路的結(jié)構(gòu)工作原理單相半波整流如圖所示。其中u1、u2分別表示變壓器的原邊和副邊交流電壓，為負(fù)載電阻。RL圖1.1.9設(shè)u2= U2 s

13、intV，在在u2的正半周內(nèi)的正半周內(nèi)，二極管VD正偏導(dǎo)通，此時(shí)有電流經(jīng)過(guò)二極管流過(guò)負(fù)載，忽略二極管上壓降，負(fù)載上輸出電壓uO=u2，輸出波形與u2相同。在在u2負(fù)半周內(nèi)，負(fù)半周內(nèi)，二極管V承受反向電壓，此時(shí)二極管截止， 負(fù)載上無(wú)電流流過(guò)，輸出電壓uO=0，此時(shí)u2電壓全部加在二極管V上。其電路波形如圖所示。22、負(fù)載上直流電壓和電流的估算、負(fù)載上直流電壓和電流的估算半波整流的情況下，負(fù)載兩端的直流電壓為：UO2 負(fù)載中的電流：IO2/RL3、二極管的選擇、二極管的選擇在半波整流電路中選用二極管時(shí)：二極管的最大正向電流應(yīng)大于負(fù)載電流二極管的最大反向電壓就是變壓器二次側(cè)電壓的最大值。4、半波整流

14、的優(yōu)缺點(diǎn)、半波整流的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐泛?jiǎn)單，使用元器件少；不足不足: 是輸出紋波大，電源變壓器利用率和整流效率低，所以單相半波整流僅用在小電流且對(duì)電源要求不高的場(chǎng)合。 單相橋式整流電路單相橋式整流電路單相橋式整流電路，如圖（a）所示。四個(gè)二極管組成一個(gè)橋， 所以稱為橋式整流電路，這個(gè)橋也可以簡(jiǎn)化成如圖（b）的形式。 圖1.1.11 1. 1. 電路組成和工作原理電路組成和工作原理它屬全波整流電路。 2.2.負(fù)載上直流電壓和電流的估算負(fù)載上直流電壓和電流的估算半波整流的情況下，負(fù)載兩端的直流電壓為：O.9U2 負(fù)載中的電流：IOLRU23、二極管的選擇、二極管的選擇在橋式整流電路

15、中，每只二極管中的平均電流等于輸出電流平均值的一半，二極管的最大反向峰值電壓：URM= U24、橋式整流的優(yōu)缺點(diǎn)、橋式整流的優(yōu)缺點(diǎn)單相橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小。單相橋式整流電路的缺點(diǎn)：二極管的數(shù)量多，二極管的正向電阻不為零，整流電路內(nèi)阻大，損耗也較大。2例有一單相橋式整流電路要求輸出電壓O ，L=80 ，交流電壓為380V， （1） 如何選用二極管? （ 2） 求整流變壓器變比和(視在)功率容量？ 由此可選2CZ12C二極管，其最大整流電流1A，最高反向電壓為300 V。 ARUILOO4 . 180110AIIOVD7 . 021VUUO1229 . 02VVU

16、URM172122222濾波電路濾波電路 單相半波和橋式整流的輸出電壓在方向上沒(méi)有變化， 但 輸出電壓起伏較大，為了得到平滑的直流電壓波形，必須采用濾波電路，以改善輸出電壓的脈動(dòng)性，常用的濾波電路有電容濾波、 電感濾波、 LC濾波和型濾波。 1. 電容濾波電路電容濾波電路（1）、工作原理）、工作原理最簡(jiǎn)單的電容濾波是在負(fù)載RL兩端并聯(lián)一只較大容量的電容器，如圖（a）所示。 設(shè)電容C上初始輸出電壓為零，接通電源時(shí)u2開(kāi)始增大，電容器開(kāi)始充電。一般充電速度很快，uO=uC=22U 此后，由于u2 ICM時(shí)，可導(dǎo)致三極管損壞。 反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開(kāi)路時(shí)， 集電極、 發(fā)射極之間最大允許

17、電壓為反向擊穿電壓U（BR）CEO，當(dāng)UCEU（BR）CEO時(shí)，三極管的IC、IE劇增，使三極管擊穿。為可靠工作，使用中取 CEOBRCEUU)()3221( 根據(jù)給定的PCM值可以作出一條PCM曲線如圖所示， 由PCM、ICM和U（BR）CEO包圍的區(qū)域?yàn)槿龢O管安全工作區(qū)。 1.6 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管（FET）：是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱為單極型晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)：體積小，重量輕、壽命長(zhǎng)、輸入電阻高，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、省電。場(chǎng)效應(yīng)管分類：結(jié)型和絕緣柵型兩種。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分類：N溝道和P溝道兩

18、種。1.6 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)和類型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)和類型 1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及符號(hào) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管也是具有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，圖（a）繪出了N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（平面）示意圖。它是一塊N型半導(dǎo)體材料作襯底，在其兩側(cè)作出兩個(gè)雜質(zhì)濃度很高的P+型區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)。從兩邊的P型區(qū)引出兩個(gè)電極并聯(lián)在一起，成為柵極(G)；在N型襯底材料的兩端各引出一個(gè)電極， 分別稱為漏極（D）和源極（S）。兩個(gè)PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道，它是漏、源極之間電子流通的途徑。這種結(jié)構(gòu)的管子被稱為N型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，它的代表符號(hào)如圖（b）所示。 圖1.6.1

19、如果用P型半導(dǎo)體材料作襯底，則可構(gòu)成P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，其代表符號(hào)如圖1.6.1(c)所示。N溝道和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)上的區(qū)別，在于柵極的箭頭方向不同，但都要由P區(qū)指向N區(qū)。 2. 基本工作原理。基本工作原理。 上述兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理完全相同，下面我們以N型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例進(jìn)行分析。研究場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理，主要是講輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用。在圖中，繪出了當(dāng)漏源電壓UDS=0時(shí)，柵源電壓UGS大小對(duì)導(dǎo)電溝道影響的示意圖。 圖1.6.2 （1）當(dāng)UGS=0時(shí)，PN結(jié)的耗盡層如圖1.6.2(a)中陰影部分所示。耗盡層只占N型半導(dǎo)體體積的很小一部分，導(dǎo)電溝道比較寬，溝道電阻較小

20、。 （2）當(dāng)在柵極和源極之間加上一個(gè)可變直流負(fù)電源UGG時(shí)，此時(shí)柵源電壓UGS為負(fù)值，兩個(gè)PN結(jié)都處于反向偏置， 耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻加大，如圖1.6.2(b)所示。而且柵源電壓UGS愈負(fù)，導(dǎo)電溝道愈窄，溝道電阻愈大。 （3）當(dāng)柵源電壓UGS負(fù)到某一值時(shí)，兩邊的耗盡層近于碰上，仿佛溝道被夾斷，溝道電阻趨于無(wú)窮大，如圖（c）所示。此時(shí)的柵源電壓稱為柵源截止電壓（或夾斷電壓）， 并以UGS（off）表示。 GS(off)時(shí)由以上的分析可知，改變柵源電壓UGS的大小， 就能改變導(dǎo)電溝道的寬窄，也就能改變溝道電阻的大小。如果在漏極和源極之間接入一個(gè)適當(dāng)大小的正電源UDD，則N型導(dǎo)電溝道中

21、的多數(shù)載流子（電子）便從源極通過(guò)導(dǎo)電溝道向漏極作漂移運(yùn)動(dòng)，從而形成漏極電流ID。 顯然，在漏源電壓UDS一定時(shí)，ID的大小是由導(dǎo)電溝道的寬窄（即電阻的大小）決定的，當(dāng)UGS=UGS（off）時(shí)，ID0。 于是我們得出結(jié)論：柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID有控制作用。這種利用電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)控制半導(dǎo)體中電流的效應(yīng)， 稱為“場(chǎng)效應(yīng)”。 場(chǎng)效應(yīng)管因此得名。 ID=f(UGS)|UDS=常數(shù) 圖給出了某N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性。從圖中可以看出UGS對(duì)ID的控制作用。UGS=0時(shí)的ID，稱為柵源短路時(shí)漏極電流，記為IDSS。使ID0時(shí)的柵源電壓就是柵源截止電壓UGS（off）。 從圖中還可看出，對(duì)應(yīng)不同

22、的UDS，轉(zhuǎn)移特性不同。但是， 當(dāng)UDS大于一定數(shù)值后，不同的UDS, 轉(zhuǎn)移特性是很靠近的， 這時(shí)可以認(rèn)為轉(zhuǎn)移特性重合為一條曲線，使分析得到簡(jiǎn)化。 此外，圖中的轉(zhuǎn)移特性，可以用一個(gè)近似公式來(lái)表示： 圖1.6.3 IDIDSS(1- 0UGSU GS(off) 這樣，只要給出IDSS和U GS（off）就可以把轉(zhuǎn)移特性中其它點(diǎn)估算出來(lái)。 2) 輸出特性曲線 輸出特性曲線（也叫漏極特性）是指在柵源電壓UGS一定時(shí)，漏極電流ID與漏源電壓UDS之間關(guān)系。函數(shù)表示為 ID=f(UDS)|UGS=常數(shù) 圖給出了某N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的的輸出特性。從圖中可以看出，管子的工作狀態(tài)可分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿

23、區(qū)這三個(gè)區(qū)域。 )GSGSUU圖1.6.4 (1) 可變電阻區(qū)： 特性曲線上升的部分稱為可變電阻區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，UDS較小，ID隨UDS的增加而近于直線上升，管子的工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)電阻， 而且這個(gè)電阻的大小又隨柵源電壓UGS的大小變化而變（不同UGS的輸出特性的切斜率不同）， 所以把這個(gè)區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。 (2) 恒流區(qū)： 曲線近于水平的部分稱為恒流區(qū)（又稱飽和區(qū)）。在此區(qū)內(nèi)，UDS增加， ID基本不變（對(duì)應(yīng)同一UGS），管子的工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)“恒流源”，所以把這部分區(qū)域稱為恒流區(qū)。 在恒流區(qū)內(nèi)， ID隨UGS的大小而改變，曲線的間隔反映出UGS對(duì)ID的控制能力。從這種意義來(lái)講，恒流區(qū)又可

24、稱為線性放大區(qū)。場(chǎng)效應(yīng)管作放大運(yùn)用時(shí)，一般就工作在這個(gè)區(qū)域。 恒流區(qū)產(chǎn)生的物理原因，是由于漏源電壓UDS在N溝道的縱向產(chǎn)生電位梯度，使得從漏極至源極溝道的不同位置上， 溝道-柵極間的電壓不相等，靠近漏端最大，耗盡層也最寬， 而靠近源端的耗盡層最窄。 這樣，在UGS和UDS的共同作用下，導(dǎo)電溝道呈楔型，如圖所示。 圖1.6.5 由于耗盡層的電阻比溝道的電阻大得多，所以UDS增加的部分幾乎全部降落在夾斷處的耗盡層上，在導(dǎo)電溝道上的電位梯度幾乎不變， 因而ID就幾乎不變，出現(xiàn)恒流現(xiàn)象。 從上面的分析， 可以得到N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生夾斷（即出現(xiàn)恒流）的條件為 UGDUGS(off)UGS(off)0

25、或 UGS-UDSUGS（off）即 UDSUGSUGS（off） (3) 擊穿區(qū): 特性曲線快速上翹部分稱為擊穿區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，UDS較大， ID劇增，出現(xiàn)了擊穿現(xiàn)象。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，不允許進(jìn)入這個(gè)區(qū)域。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.N 溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖1.6.6(a)所示。它的制作過(guò)程是：以一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅半導(dǎo)體薄片作襯底， 利用擴(kuò)散方法在上面形成兩個(gè)高摻雜的N+區(qū)，并在N+區(qū)上安置兩個(gè)電極，分別稱為源極（S）和漏極（D）；然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層，并在二氧化硅表面再安置一個(gè)金屬電

26、極， 稱為柵極（G）；柵極同源極、漏極均無(wú)電接觸，故稱“絕緣柵極”。 圖1.6.6 由于這種管子是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成，所以又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。它是目前應(yīng)用最廣的一種。 根據(jù)柵極（金屬）和半導(dǎo)體之間絕緣材料的不同，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管有各種類型， 例如以氮化硅作絕緣層的MNS管，以氧化鉛作絕緣層的MAIS管，等等。 如果以N型硅作襯底，可制成P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。 N溝道和P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)分別如圖1.6.6(b)和(c)所示，它們的區(qū)別是襯底的箭頭方向不同。 2. N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 在

27、圖（a）中，如果將柵、源極短路，那末不論漏、 源極間加的電壓極性如何，總會(huì)有一個(gè)PN結(jié)呈反向偏置，漏、 源極間將無(wú)電流。 如果在柵、源極間加上一個(gè)正電源UGG，并將襯底與源極相連，如圖所示。此時(shí)，柵極（金屬）和襯底（P型硅片）相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平板電容器， 在正柵源電壓UGS（即柵-襯底電壓UGU）的作用下，介質(zhì)中便產(chǎn)生一個(gè)垂直于P型襯底表面的由柵極指向襯底的電場(chǎng)，從而將襯底里的電子感應(yīng)到表面上來(lái)。 當(dāng)UGS較小時(shí)，感應(yīng)到襯底表面上的電子數(shù)很少，并被襯底表層的大量空穴復(fù)合掉；直至UGS增加超過(guò)某一臨界電壓時(shí)，介質(zhì)中的強(qiáng)電場(chǎng)才在襯底表面層感應(yīng)出“過(guò)剩”的電子。 圖1.6.7 于是，便在P型

28、襯底的表面形成一個(gè)N型層稱為反型層。 這個(gè)反型層與漏、源的N+區(qū)之間沒(méi)有PN結(jié)阻擋層，而具有良好的接觸，相當(dāng)于將漏、源極連在一起（見(jiàn)圖）。若此時(shí)加上漏源電壓UDS，就會(huì)產(chǎn)生ID。形成反型層的臨界電壓，稱為柵源閾電壓（或稱為開(kāi)啟電壓）， 用U GS(th)表示。這個(gè)反型層就構(gòu)成源極和漏極的N型導(dǎo)電溝道，由于它是在電場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生的，故也稱為感生溝道。 顯然，N型導(dǎo)電溝道的厚薄是由柵源電壓UGS的大小決定的。改變UGS，可以改變溝道的厚薄，也就是能夠改變溝道的電阻，從而可以改變漏極電流iD的大小。于是，我們得出結(jié)論： 柵源電壓UGS能夠控制漏極電流ID。 上述這種在UGS=0時(shí)沒(méi)有導(dǎo)電溝道，而必須依靠柵源正電壓的作用，才能形成導(dǎo)電溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（示意圖）如圖所示。圖（a）的轉(zhuǎn)移特性是在 UDS為某一固定值的條件下測(cè)出的， 當(dāng)UGS0的情況下工作， 此時(shí)在N型溝道中感應(yīng)出更多的負(fù)電荷，使ID更大。不