晶体管和场效应管工作原理详解精品PPT课件
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第4讲晶体三极管及场效应管.课件
C
ICBO IBE N
P
ICEO受温度影响 很大，当温度上
升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极
管的温度特性较
差。
IBE
N
根据放大关系，
ICBO进入N E
区，形成
由于IBE的存 在，必有电流
IBE。
IBE。
4.集电极最大电流ICM
集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降， 当值下降到正常值的三分之二时的集电极电
栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道最宽
UGS（off）
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必 须加负电压？
动画演示
漏-源电压对漏极电流的影响
（UGS(off)< uGS <0且uDS >0的情况）
uGD>UGS（off）
uGD＝UGS（off）
预夹断
uGD<UGS（off）
放大状态：发射结正偏，集电结反偏。
IC IB 截止状态：发射结零偏或反偏，集电结反偏。
IB 0, IC ICEO 0
饱和状态：反射结正偏，集电结正偏。
UCE U BE , IC IB ,UCES 0.3V
3、使用晶体管时，不能超过其极限参数。在放大状态，一
般取
___
4、温度对晶体管的参数和特性有很大的影响。
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
一、晶体管的结构和符号
双极型三极管（BJT）是半导体三极管的一种类型，它 有空穴和电子两种载流子参与导电，故称双极型，又称 半导体三极管，有两种类型:NPN型和PNP型。
ICBO IBE N
P
ICEO受温度影响 很大，当温度上
升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极
管的温度特性较
差。
IBE
N
根据放大关系，
ICBO进入N E
区，形成
由于IBE的存 在，必有电流
IBE。
IBE。
4.集电极最大电流ICM
集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降， 当值下降到正常值的三分之二时的集电极电
栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道最宽
UGS（off）
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必 须加负电压？
动画演示
漏-源电压对漏极电流的影响
（UGS(off)< uGS <0且uDS >0的情况）
uGD>UGS（off）
uGD＝UGS（off）
预夹断
uGD<UGS（off）
放大状态：发射结正偏，集电结反偏。
IC IB 截止状态：发射结零偏或反偏，集电结反偏。
IB 0, IC ICEO 0
饱和状态：反射结正偏，集电结正偏。
UCE U BE , IC IB ,UCES 0.3V
3、使用晶体管时，不能超过其极限参数。在放大状态，一
般取
___
4、温度对晶体管的参数和特性有很大的影响。
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
一、晶体管的结构和符号
双极型三极管（BJT）是半导体三极管的一种类型，它 有空穴和电子两种载流子参与导电，故称双极型，又称 半导体三极管，有两种类型:NPN型和PNP型。
23-场效应晶体管PPT模板
6．场效应管和三极管都可组成各种放大电路和开关电 路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少、热稳定性好、 工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛应用于大规模和超 大规模集成电路中。
1.5 场效应管的使用注意事项
1．使用场效应管时要注意电压极性，电压和电流的数 值不能超过最大允许值。
2．为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁等 都必须有外接地线。焊接时用小功率烙铁，动作要迅速，或 切断电源后利用余热焊接。焊接时，应先焊源极，后焊栅极。
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压UGS对漏 极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以，gm又称为 跨导，其定义为：
gm UIDGS（UDS为常数）
（2）输出特性曲线
输出特性曲线是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏 极电压UDS之间的关系曲线ID＝f（UDS）。它可分为三个区： 可变电阻区、恒流区和截止区。
电工电子技术
场效应晶体管*
场效应晶体管（FET）是一种利用输入回路的电场效应 来控制输出回路电流的半导体器件，属于电压控制器件。它 只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型三极管。它具 有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗 小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
根据结构不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET） 和绝缘栅场效应管（MOS管）。由于MOS管的性能更优越， 发展更迅速，应用更广泛，因此，本节将仅介绍MOS管。
由于耗尽型MOS管自身能形成导电沟道，所以只要有 UDS存在，就会有ID产生。如果加上正的UGS，则吸引到反型 层中的电子增加，沟道加宽，ID增大。如果加上负的UGS，则 此电场将会削弱原来绝缘层中正离子的电场，使吸引到反型 层中的电子减少，沟道变窄，ID减小。若负UGS达到某一值， 则沟道中的电荷将耗尽，反型层消失，管子截止，此时的值 称为夹断电压UGS（off）或UP。
1.5 场效应管的使用注意事项
1．使用场效应管时要注意电压极性，电压和电流的数 值不能超过最大允许值。
2．为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁等 都必须有外接地线。焊接时用小功率烙铁，动作要迅速，或 切断电源后利用余热焊接。焊接时，应先焊源极，后焊栅极。
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压UGS对漏 极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以，gm又称为 跨导，其定义为：
gm UIDGS（UDS为常数）
（2）输出特性曲线
输出特性曲线是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏 极电压UDS之间的关系曲线ID＝f（UDS）。它可分为三个区： 可变电阻区、恒流区和截止区。
电工电子技术
场效应晶体管*
场效应晶体管（FET）是一种利用输入回路的电场效应 来控制输出回路电流的半导体器件，属于电压控制器件。它 只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型三极管。它具 有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗 小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
根据结构不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET） 和绝缘栅场效应管（MOS管）。由于MOS管的性能更优越， 发展更迅速，应用更广泛，因此，本节将仅介绍MOS管。
由于耗尽型MOS管自身能形成导电沟道，所以只要有 UDS存在，就会有ID产生。如果加上正的UGS，则吸引到反型 层中的电子增加，沟道加宽，ID增大。如果加上负的UGS，则 此电场将会削弱原来绝缘层中正离子的电场，使吸引到反型 层中的电子减少，沟道变窄，ID减小。若负UGS达到某一值， 则沟道中的电荷将耗尽，反型层消失，管子截止，此时的值 称为夹断电压UGS（off）或UP。
第1章半导体晶体管和场效应管ppt课件
1.2 晶体二 极管
1.2.1 基本结构 1.2.2 伏安特性 1.2.3 主要参数
1.2.4 特殊二极管
1.2.1 基本结构
构成： PN结 + 引线 + 管壳 = 二极管 (Diode)
符号：
分类：
硅二极管
按材料分
锗二极管
点接触型 按结构分 面接触型
平面型
正极 引线
N型锗片
铝合金 负极 小球 引线
按结构分： NPN、 PNP
按使用频率分： 低频管、高频管
C
P
B
N
P
E C
B
PNP 型 E
1.3.2 电流放大作用
一、晶体管放大的条件
1.内部条件
发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大
IB A B
IC
mA
C
3DG6
2.外部条件 发射结正偏
集电结反偏
R B
二、晶体管的电流分
配和放大作用
电路条件: EC>EB 发射结正偏 集电结反偏
I
P区
N区 内电场
外电+ 场
漂移运动加强形成反向电流 I
外电场使少子背离 PN 结移动，
I = I少子 空0间电荷区变宽。
U
R
PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;
反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
3 PN结方程
PN结两端电压和流经PN结的电流之间有如下关系
IIs(eU/UT 1)
式中， 是反向饱和电流，UT = kT/q是温度电压当量，T是热 力学温度，q是电子的电量，在T为300 K时，UT≈26 mV。 4．PN结的反向击穿 当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象 称为反向击穿。
MOS晶体管PPT演示文稿
•9
图2.1.1 NMOS晶体管
•10
图2.1.2 NMOS管截面图
•11
图2.1.3 实际的NMOS管衬底引线
•12
（a）增强型
（b）耗尽型
图2.1.4 MOS管在电路中的符号
耗尽型MOS管与增强型MOS管不同之处在于，耗尽型MOS管
在vGS=0时，导电沟道已经存在，它是通过加工过程中的离子注
图2.2.1 导电沟道没有形成
•15
图2.2.2 栅-源电压vGS控制导电沟道宽窄
•16
（a） vDSvGSVT
•17
（b） vDSvGSVT
•18
（c） vDSvGSVT
图2.2.3 NMOS管的工作状态示意图
•19
2.3 MOS晶体管的电流电压关系
1、非饱和区（线性电阻区）
IDK W L vG SV TvD S1 2vD2S （2.3.8）
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
•8
2.1 MOS晶体管结构
根据导电沟道的不同，MOS晶体管可分为P沟道MOS晶体 管（简称为PMOS管）和N沟道MOS晶体管（简称为NMOS管）， 而根据在没有外加电压条件下导电沟道形成与否又可分为耗尽型 MOS管和增强型MOS管。
图2.1.1所示的是一只增强型NMOS管，它是在适度掺杂的 P型衬底上制作两个掺杂浓度较高的N型区，分别作为漏区和源 区，在漏区和源区之的区域上面制作一层绝缘层（一般是二氧 化硅物质），绝缘层上面沉积一层多晶硅作为栅区。我们把源区 和漏区两个掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长 度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
图2.1.1 NMOS晶体管
•10
图2.1.2 NMOS管截面图
•11
图2.1.3 实际的NMOS管衬底引线
•12
（a）增强型
（b）耗尽型
图2.1.4 MOS管在电路中的符号
耗尽型MOS管与增强型MOS管不同之处在于，耗尽型MOS管
在vGS=0时，导电沟道已经存在，它是通过加工过程中的离子注
图2.2.1 导电沟道没有形成
•15
图2.2.2 栅-源电压vGS控制导电沟道宽窄
•16
（a） vDSvGSVT
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（b） vDSvGSVT
•18
（c） vDSvGSVT
图2.2.3 NMOS管的工作状态示意图
•19
2.3 MOS晶体管的电流电压关系
1、非饱和区（线性电阻区）
IDK W L vG SV TvD S1 2vD2S （2.3.8）
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
•8
2.1 MOS晶体管结构
根据导电沟道的不同，MOS晶体管可分为P沟道MOS晶体 管（简称为PMOS管）和N沟道MOS晶体管（简称为NMOS管）， 而根据在没有外加电压条件下导电沟道形成与否又可分为耗尽型 MOS管和增强型MOS管。
图2.1.1所示的是一只增强型NMOS管，它是在适度掺杂的 P型衬底上制作两个掺杂浓度较高的N型区，分别作为漏区和源 区，在漏区和源区之的区域上面制作一层绝缘层（一般是二氧 化硅物质），绝缘层上面沉积一层多晶硅作为栅区。我们把源区 和漏区两个掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长 度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
《功率场效应晶体管》课件
太阳能逆变器是太阳能发电系 统中的重要组成部分，而功率 场效应晶体管在太阳能逆变器 中也有着广泛的应用。
06
未来功率场效应晶体管的发展趋势与挑战
技术发展趋势
01
更高频率
随着电子设备对速度和效率的需求增加，功率场效应晶体管将向更高频
率的方向发展，以满足更快的开关速度和更高的工作频率。
02
集成化与模块化
在太阳能逆变器中的应用
01
02
03
04
太阳能逆变器是太阳能发电系 统中的重要组成部分，而功率 场效应晶体管在太阳能逆变器 中也有着广泛的应用。
太阳能逆变器是太阳能发电系 统中的重要组成部分，而功率 场效应晶体管在太阳能逆变器 中也有着广泛的应用。
太阳能逆变器是太阳能发电系 统中的重要组成部分，而功率 场效应晶体管在太阳能逆变器 中也有着广泛的应用。
机运行状态的实时监测和控制。
在电动车中的应用
随着电动车的普及，功 率场效应晶体管在电动 车中的应用也日益广泛 。
电动车的电池管理系统 、电机控制器和充电桩 等关键部件中都离不开 功率场效应晶体管。
功率场效应晶体管在电 动车中的应用主要涉及 电池的充放电管理、电 机驱动和控制、能量回 收等方面。
通过使用功率场效应晶 体管，可以实现电动车 的高效、安全和可靠运 行，提高其续航里程和 性能。
降。
04
功率场效应晶体管的优缺点
优点
高效率
功率场效应晶体管在开关状态时具有很高的转换 效率，能够有效地减少能量损失。
低噪声
在信号传输过程中，功率场效应晶体管产生的噪 声较低，提高了信号的信噪比。
高速
由于其内部结构特点，功率场效应晶体管具有较 快的开关速度，适用于高频电路。
晶体管和场效应管工作原理详解
IB C B UBE E
IC
RC UCE USC
晶体管的静态工作点Q位
于哪个区？
RB
USB
USB =2V时：
U SB U BE 2 0.7 IB 0.019mA RB 70 I C I B 50 0.019mA 0.95mA
IC< ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。
1放大区 e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区。在 放大区有以下两个特点： (1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用， 即iB有很小的变化量ΔIB时， iC 就会有很大的变 化量ΔIC。为此，用共发射极交流电流放大系数β 来表示这种控制能力。β定义为 I C u CE 常数 I B 反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔。
由于 , 都是反映晶体管基区扩散与 复合的比例关系，只是选取的参考量不同，所以 两者之间必有内在联系。由 , 的定义可 得
I CN I CN IE IB I E I CN IE IE 1 I CN I CN I BN IE I BN I CN I BN I BN 1
2.集-基极反向截止电流ICBO ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。
ICBO A
3. 集-射极反向截止电流ICEO
集电结反 偏有ICBO C
ICEO= IBE+ICBO ICEO受温度影响
很大，当温度上 升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极 管的温度特性较 差。
IC I B I E (1 ) I B
为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比 例关系，定义共基极直流电流放大系数 为
IC
RC UCE USC
晶体管的静态工作点Q位
于哪个区？
RB
USB
USB =2V时：
U SB U BE 2 0.7 IB 0.019mA RB 70 I C I B 50 0.019mA 0.95mA
IC< ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。
1放大区 e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区。在 放大区有以下两个特点： (1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用， 即iB有很小的变化量ΔIB时， iC 就会有很大的变 化量ΔIC。为此，用共发射极交流电流放大系数β 来表示这种控制能力。β定义为 I C u CE 常数 I B 反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔。
由于 , 都是反映晶体管基区扩散与 复合的比例关系，只是选取的参考量不同，所以 两者之间必有内在联系。由 , 的定义可 得
I CN I CN IE IB I E I CN IE IE 1 I CN I CN I BN IE I BN I CN I BN I BN 1
2.集-基极反向截止电流ICBO ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。
ICBO A
3. 集-射极反向截止电流ICEO
集电结反 偏有ICBO C
ICEO= IBE+ICBO ICEO受温度影响
很大，当温度上 升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极 管的温度特性较 差。
IC I B I E (1 ) I B
为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比 例关系，定义共基极直流电流放大系数 为
《场效应晶体管》课件
压力
在制造过程中，压力也是一个重要的参数，它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度，从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数，不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成，时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中，气体流量是关键的参数之一， 它能够影响材料的生长速度和均匀性，从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三：场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果，理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四：场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸，提高集成度和能效比，同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术，如纳米线、纳米孔等新型器件结构，以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展，包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展，对场效应晶体管的性能要求也越来 越高，需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一：场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二：场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
在制造过程中，压力也是一个重要的参数，它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度，从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数，不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成，时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中，气体流量是关键的参数之一， 它能够影响材料的生长速度和均匀性，从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三：场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果，理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四：场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸，提高集成度和能效比，同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术，如纳米线、纳米孔等新型器件结构，以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展，包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展，对场效应晶体管的性能要求也越来 越高，需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一：场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二：场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
《MOS晶体管》课件
制造工艺
MOS晶体管的制造过程由多个步骤和工序组成，以确保器件的性能和质量。
原型MOS晶 体管制造流 程
包括材料制备、硅 片切割、掺杂、光 刻、薄膜沉积等工 艺步骤。
增强型MOS 晶体管制造 流程
在原型MOS制造过 程的基础上，增加 了沉积栅极材料和 结构形成的步骤。
沟道单极型 MOS晶体管 制造流程
引入杂质离子，改 变沟道特性和导电 性的制造方法，与 增强MOS晶体管制 造类似。
双极性MOS 晶体管制造 流程
结合N型和P型 MOS晶体管制造流 程，实现复合工作 模式的制造过程。
现代发展趋势
MOS晶体管的发展仍在不断演进，面对不同应用需求和技术挑战。
增强型MOS晶体管的改 进和发展
应用新材料和设计方法提高 性能和可靠性，推动数字、 模拟和功率电路的新一代产 品。
运行方式
MOS晶体管的工作方式根据电流流动与增强以及信号放大的需求而不同。
1
开关型MOS晶体管
将输入信号转化为开关电流，广泛应用于数字集成电路、开关电源等领域。
2
放大型MOS晶体管
通过调节输入电流实现信号放大与放大倍数控制，在模拟集成电路、放大器等方 面具有重要应用。
3
Hale Waihona Puke 自复合MOS晶体管结合了开关型和放大型的特性，可在不同模式之间切换工作，拓展了MOS晶体管 的应用领域。
《MOS晶体管》课件
MOS晶体管是现代电子技术中至关重要的元件之一。本课件将介绍其概念、 工作原理、种类、运行方式、制造工艺以及未来发展趋势。
概述
MOS晶体管是一种基本的场效应晶体管，利用电场在绝缘层上控制电荷流动，具有高度可控性和 低功耗特性。
基本构成
MOS场效应晶体管ppt课件
MOS 场效应晶体管基本结构示意图
16
2. MOS管的基本工作原理
MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
17
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
18
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
3
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
4
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
如图所示，当漏源电压UDS增高到某一值时，漏源电流 就会突然增大，输出特性曲线向上翘起而进入击穿区。 关于击穿原因，可用两种不同的击穿机理进行解释：漏 区与衬底之间PN结的雪崩击穿和漏-源之间的穿通。
41
1. 漏区-衬底之间的PN结击穿 在MOS晶体管结构中，栅极金属有一部分要覆盖在漏极上。 由于金属栅的电压一般低于漏区的电位，这就在金属栅极 与漏区之间形成附加电场，这个电场使栅极下面PN结的耗 尽区电场增大，如下图，因而使漏源耐压大大降低。
a) N 沟 MOS b) P 沟 MOS
29
3. 衬底杂质浓度的影响
衬底杂质浓度对阀值电压的影响
30
4. 功函数差的影响
功函数差也将随衬底杂质浓度的变化而变化。但实验证明， 该变化的范围并不大。 从阀值电压的表示式可知，功函数越大，阀值电压越高。 为降低阀值电压，应选择功函数差较低的材料，如掺杂多 晶体硅作栅电极。
16
2. MOS管的基本工作原理
MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
17
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
18
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
3
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
4
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
如图所示，当漏源电压UDS增高到某一值时，漏源电流 就会突然增大，输出特性曲线向上翘起而进入击穿区。 关于击穿原因，可用两种不同的击穿机理进行解释：漏 区与衬底之间PN结的雪崩击穿和漏-源之间的穿通。
41
1. 漏区-衬底之间的PN结击穿 在MOS晶体管结构中，栅极金属有一部分要覆盖在漏极上。 由于金属栅的电压一般低于漏区的电位，这就在金属栅极 与漏区之间形成附加电场，这个电场使栅极下面PN结的耗 尽区电场增大，如下图，因而使漏源耐压大大降低。
a) N 沟 MOS b) P 沟 MOS
29
3. 衬底杂质浓度的影响
衬底杂质浓度对阀值电压的影响
30
4. 功函数差的影响
功函数差也将随衬底杂质浓度的变化而变化。但实验证明， 该变化的范围并不大。 从阀值电压的表示式可知，功函数越大，阀值电压越高。 为降低阀值电压，应选择功函数差较低的材料，如掺杂多 晶体硅作栅电极。
第1章半导体晶体管和场效应管
2020/5/12
稳压管是一种特殊的面接触型半导 体硅二极管。
I/mA
+ 正向
符号
工作条件： 反向击穿
2020/5/12
UZ
O
+ IZ IZ 反向
IZM UZ
UZ /V
主要参数
1. 稳定电压 UZ和稳定电流 IZ
UZ流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。 IZ越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。
特点：驱动电压低、功耗小、 寿命长、可靠性高. 用途： (1).用于显示电路； (2).将电信号变为光信号，通 过光电缆传输，再用光电二 极管接收，还原成电信号。
符号
发光类型： 可见光：红、黄、绿 不可见光：红外光
显示类型： 普通LED ，七段 LED ，点阵 LED
2020/5/12
2020/5/12
I CN IC ICB O I C
I BN
IB ICBO I B
(直流电流放大倍数）
IEICIB
总结： 1.晶体管在发射结正向偏置、集电结
IC IB
IE (1)IB
反向偏置的条件下具有电流放大作用。 2.晶体管的电流放大作用，实质上是
基极电流对集电极电流的控制作用。
2020/5/12
2020/5/12
3 PN结方程
PN结两端电压和流经PN结的电流之间有如下关系
IIs(eU/UT 1)
式中， 是反向饱和电流，UT = kT/q是温度电压当量，T是热 力学温度，q是电子的电量，在T为300 K时，UT≈26 mV。 4．PN结的反向击穿 当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象 称为反向击穿。
+4
P型半导体的简化图示
稳压管是一种特殊的面接触型半导 体硅二极管。
I/mA
+ 正向
符号
工作条件： 反向击穿
2020/5/12
UZ
O
+ IZ IZ 反向
IZM UZ
UZ /V
主要参数
1. 稳定电压 UZ和稳定电流 IZ
UZ流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。 IZ越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。
特点：驱动电压低、功耗小、 寿命长、可靠性高. 用途： (1).用于显示电路； (2).将电信号变为光信号，通 过光电缆传输，再用光电二 极管接收，还原成电信号。
符号
发光类型： 可见光：红、黄、绿 不可见光：红外光
显示类型： 普通LED ，七段 LED ，点阵 LED
2020/5/12
2020/5/12
I CN IC ICB O I C
I BN
IB ICBO I B
(直流电流放大倍数）
IEICIB
总结： 1.晶体管在发射结正向偏置、集电结
IC IB
IE (1)IB
反向偏置的条件下具有电流放大作用。 2.晶体管的电流放大作用，实质上是
基极电流对集电极电流的控制作用。
2020/5/12
2020/5/12
3 PN结方程
PN结两端电压和流经PN结的电流之间有如下关系
IIs(eU/UT 1)
式中， 是反向饱和电流，UT = kT/q是温度电压当量，T是热 力学温度，q是电子的电量，在T为300 K时，UT≈26 mV。 4．PN结的反向击穿 当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象 称为反向击穿。
+4
P型半导体的简化图示
常用晶体管介绍课件
常用晶体管介绍课件
目录
• 晶体管工作原理 • 常用晶体管类型 • 晶体管应用领域 • 晶体管发展趋势与展望
晶体管概述
晶体管定 义
晶体管
晶体管由三个电极组成
晶体管分 类
双极型晶体管（BJT）
双极型晶体管是电流控制型器件，通过基极电流控制集电极和发射极之间的电流。 常见的有NPN和PNP型。
场效应晶体管（FET）源自晶体管工作原理晶体管结构
NPN型晶体管
由三个半导体元件组成，包括两个N 型和一个P型半导体，中间是基极（B） ，两端分别是集电极（C）和发射极 （E）。
PNP型晶体管
晶体管尺寸
晶体管的尺寸通常以晶体管的外形尺 寸和电极数目来描述。
与NPN型晶体管相似，只不过PNP型 晶体管的电流方向与NPN型相反。
场效应晶体管（FET）
总结词
详细描述
场效应晶体管（FET）
场效应晶体管（FET）
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
总结词
详细描述
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
总结词：工作原理
VS
详细描述：绝缘栅双极型晶体管的工 作原理基于电子和空穴的复合运动以 及电压对通道的调制。当施加正栅极 电压时，形成N型通道，电子从发射 极注入到集电区，空穴从集电极注入 到N型基区，形成较大的电流。当负 栅极电压施加时，通道消失，电流减 小。
晶体管工作状 态
截止状态
当基极输入的信号电压小于阈值 电压时，晶体管处于截止状态， 集电极和发射极之间无电流通过。
放大状态
当基极输入的信号电压大于阈值 电压时，晶体管进入放大状态， 集电极和发射极之间的电流按一
定比例放大。
饱和状态
当基极输入的信号电压继续增大， 晶体管进入饱和状态，此时集电 极和发射极之间的电流不再按比 例放大。
目录
• 晶体管工作原理 • 常用晶体管类型 • 晶体管应用领域 • 晶体管发展趋势与展望
晶体管概述
晶体管定 义
晶体管
晶体管由三个电极组成
晶体管分 类
双极型晶体管（BJT）
双极型晶体管是电流控制型器件，通过基极电流控制集电极和发射极之间的电流。 常见的有NPN和PNP型。
场效应晶体管（FET）源自晶体管工作原理晶体管结构
NPN型晶体管
由三个半导体元件组成，包括两个N 型和一个P型半导体，中间是基极（B） ，两端分别是集电极（C）和发射极 （E）。
PNP型晶体管
晶体管尺寸
晶体管的尺寸通常以晶体管的外形尺 寸和电极数目来描述。
与NPN型晶体管相似，只不过PNP型 晶体管的电流方向与NPN型相反。
场效应晶体管（FET）
总结词
详细描述
场效应晶体管（FET）
场效应晶体管（FET）
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
总结词
详细描述
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
总结词：工作原理
VS
详细描述：绝缘栅双极型晶体管的工 作原理基于电子和空穴的复合运动以 及电压对通道的调制。当施加正栅极 电压时，形成N型通道，电子从发射 极注入到集电区，空穴从集电极注入 到N型基区，形成较大的电流。当负 栅极电压施加时，通道消失，电流减 小。
晶体管工作状 态
截止状态
当基极输入的信号电压小于阈值 电压时，晶体管处于截止状态， 集电极和发射极之间无电流通过。
放大状态
当基极输入的信号电压大于阈值 电压时，晶体管进入放大状态， 集电极和发射极之间的电流按一
定比例放大。
饱和状态
当基极输入的信号电压继续增大， 晶体管进入饱和状态，此时集电 极和发射极之间的电流不再按比 例放大。
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§1.3 双极型晶体管
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成 的器件。它有三个电极，所以又称为半导体 三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶 体管BJT (Bipolar Junction Transistor) 。
1.3.1 晶体管的结构和类型
NPN型 C 集电极
N
B
P
基极
N
E
发射极
PNP型 集电极 C
IB IB ICBO
IC IB (1 )ICBO IB ICEO
IE (1 )IB (1 )ICBO (1 )IB ICEO
IB IE IC
式中：
ICEO (1 )ICBO
称为穿透电流。因ICBO很小，在忽略其影响时，则有
IC IB IE (1 )IB
内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄；集电区面积大 。
外部条件：发射结正偏；集电结反偏。
NPN: VC>VB&VB<VE
B
N
P
VCC
N RB
E VBB
一、晶体管内部载流子的运动
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略IEP 。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBNV，BB多数
而被收集， 形成ICN。
IC=ICN+ICBO ICN C
IB=IBN+IEP-ICBOIBN B
RB
IB
VBB
I ICBO CN N
P
IBN
N
E IE
VCC
图 晶体管内部载流子运动与外部电流
二、晶体管的电流分配关系
外部电流关系： IE= IC +IB 内部： IE IEN IEP IBN ICN IEP
BJT的三种组态
1.3.3 晶体管的共射特性曲线
IB
A
RB
V UBE
IC mA
VCC V UCE
VBB
实验线路
一、共发射极输入特性
共射输入特性曲线是以uCE为参变量时，iB与 uBE间的关系曲线，即
iB f (uBE ) uCE 常数
典型的共发射极输入特性曲线如图所示。
一、共发射极输入特性
UCE=0V
P
B
N
B基极 P
E
发射极
C IC B
IB E
IE
NPN型三极管
C IC B
IB E
IE
PNP型三极管
集电区： 面积较大
B
基极
C 集电极
N P N
E
发射极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
C 集电极
集电结Jc
N
B
P
基极
N
发射结Je
E
发射极
1.3.2 晶体管的电流放大作用
电流放大条件：
I B I BN I EP ICBO IC ICN ICBO
在e结正偏、c结反偏的条件下，晶体管三个电极上的电流不 是孤立的，它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比 例关系。这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决 定，管子做好后就基本确定了。反之，一旦知道了这个比例 关系，就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系，从而为 定量分析晶体管电路提供方便。
为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比
例关系，定义共基极直流电流放大系数 为
ICN IC ICBO
IE
IE
显然， <1，一般约为0.97~0.99。
不难求得
IC IE ICBO IE IB (1 )IE ICBO (1 )IE
IE IC IB
由于 , 都是反映晶体管基区扩散与 复合的比例关系，只是选取的参考量不同，所以 两者之间必有内在联系。由 , 的定义可 得
中电子与空穴复合的机会减少，即iB要减小。而 要保持iB不变，所以iC将略有增大。这种现象称 为基区宽度调制效应，或简称基调效应。从另一
ICN ICN IE IB IE ICN IE IE 1
ICN ICN IBN IE IBN ICN IBN IBN 1
1.3.3 晶体管的共射特性曲线 晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流
与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管的导电 特性非常有用。晶体管有三个电极，通常用其中两 个分别作输入、输出端，第三个作公共端，这样可 以构成输入和输出两个回路。实际中，有图所示的 三种基本接法(组态)，分别称为共发射极、共集电 极和共基极接法。其中，共发射极接法更具代表性， 所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。
输出特性可以划分为三个区域，对应于三种 工作状态。
二、共发射极输出特性曲线
4 此区域满足 IC=IB称为 3 线性区（放 大区）。 2
IC(mA )
1
3 69
当UCE大于一 定的数值时， IICC1只=00与IB。IAB有关，
80A
60A
40A
20A IB=0 12 UCE(V)
1
e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区。在 放大区有以下两个特点：
(1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用， 即iB有很小的变化量ΔIB时， iC就会有很大的变 化量ΔIC。为此，用共发射极交流电流放大系数β 来表示这种控制能力。β定义为
IC I B
uCE 常数
反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔。
(2) uCE变化对IC的影响很小。在特性曲线上表现 为，iB一定而uCE增大时，曲线略有上翘(iC略有 增大)。这是因为uCE增大，c结反向电压增大， 使c结展宽，所以有效基区宽度变窄，这样基区
为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复 合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极 直流电流放大系数为
ICN IC ICBO
IB IB ICBO
其含义是：基区每复合一个电子，则 有 电子扩散到集电区去。 值一般在 20~200 之间。
确定了 值之后，可得
ICN IC ICBO
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正偏， 发射区电子不 断向基区扩散， 形成发射极电 流IEN。
VCC
集电结反偏，有少
子形成的反向电流
ICBO。
B
RB VBB
IC=ICE+ICBOICE
C
I ICBO CE N
P
IBE
N
E IE
从基区扩散 来的电子作 为集电结的
少 进子 入， 集V漂 电CC移 结
80
UCE =0.5V
IB(A)
UCE 1V
60
死区电 压，硅管
40
0.5V，锗 20
管0.2V。
工作压降： 硅管 UBE0.6~0.7V,锗 管UBE0.2~0.3V。
0.4 0.8 UBE(V)
二、共发射极输出特性曲线
共射输出特性曲线是以iB为参变量时，iC与 uCE间的关系曲线，即
iC f (uCE ) iB 常数
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成 的器件。它有三个电极，所以又称为半导体 三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶 体管BJT (Bipolar Junction Transistor) 。
1.3.1 晶体管的结构和类型
NPN型 C 集电极
N
B
P
基极
N
E
发射极
PNP型 集电极 C
IB IB ICBO
IC IB (1 )ICBO IB ICEO
IE (1 )IB (1 )ICBO (1 )IB ICEO
IB IE IC
式中：
ICEO (1 )ICBO
称为穿透电流。因ICBO很小，在忽略其影响时，则有
IC IB IE (1 )IB
内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄；集电区面积大 。
外部条件：发射结正偏；集电结反偏。
NPN: VC>VB&VB<VE
B
N
P
VCC
N RB
E VBB
一、晶体管内部载流子的运动
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略IEP 。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBNV，BB多数
而被收集， 形成ICN。
IC=ICN+ICBO ICN C
IB=IBN+IEP-ICBOIBN B
RB
IB
VBB
I ICBO CN N
P
IBN
N
E IE
VCC
图 晶体管内部载流子运动与外部电流
二、晶体管的电流分配关系
外部电流关系： IE= IC +IB 内部： IE IEN IEP IBN ICN IEP
BJT的三种组态
1.3.3 晶体管的共射特性曲线
IB
A
RB
V UBE
IC mA
VCC V UCE
VBB
实验线路
一、共发射极输入特性
共射输入特性曲线是以uCE为参变量时，iB与 uBE间的关系曲线，即
iB f (uBE ) uCE 常数
典型的共发射极输入特性曲线如图所示。
一、共发射极输入特性
UCE=0V
P
B
N
B基极 P
E
发射极
C IC B
IB E
IE
NPN型三极管
C IC B
IB E
IE
PNP型三极管
集电区： 面积较大
B
基极
C 集电极
N P N
E
发射极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
C 集电极
集电结Jc
N
B
P
基极
N
发射结Je
E
发射极
1.3.2 晶体管的电流放大作用
电流放大条件：
I B I BN I EP ICBO IC ICN ICBO
在e结正偏、c结反偏的条件下，晶体管三个电极上的电流不 是孤立的，它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比 例关系。这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决 定，管子做好后就基本确定了。反之，一旦知道了这个比例 关系，就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系，从而为 定量分析晶体管电路提供方便。
为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比
例关系，定义共基极直流电流放大系数 为
ICN IC ICBO
IE
IE
显然， <1，一般约为0.97~0.99。
不难求得
IC IE ICBO IE IB (1 )IE ICBO (1 )IE
IE IC IB
由于 , 都是反映晶体管基区扩散与 复合的比例关系，只是选取的参考量不同，所以 两者之间必有内在联系。由 , 的定义可 得
中电子与空穴复合的机会减少，即iB要减小。而 要保持iB不变，所以iC将略有增大。这种现象称 为基区宽度调制效应，或简称基调效应。从另一
ICN ICN IE IB IE ICN IE IE 1
ICN ICN IBN IE IBN ICN IBN IBN 1
1.3.3 晶体管的共射特性曲线 晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流
与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管的导电 特性非常有用。晶体管有三个电极，通常用其中两 个分别作输入、输出端，第三个作公共端，这样可 以构成输入和输出两个回路。实际中，有图所示的 三种基本接法(组态)，分别称为共发射极、共集电 极和共基极接法。其中，共发射极接法更具代表性， 所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。
输出特性可以划分为三个区域，对应于三种 工作状态。
二、共发射极输出特性曲线
4 此区域满足 IC=IB称为 3 线性区（放 大区）。 2
IC(mA )
1
3 69
当UCE大于一 定的数值时， IICC1只=00与IB。IAB有关，
80A
60A
40A
20A IB=0 12 UCE(V)
1
e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区。在 放大区有以下两个特点：
(1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用， 即iB有很小的变化量ΔIB时， iC就会有很大的变 化量ΔIC。为此，用共发射极交流电流放大系数β 来表示这种控制能力。β定义为
IC I B
uCE 常数
反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔。
(2) uCE变化对IC的影响很小。在特性曲线上表现 为，iB一定而uCE增大时，曲线略有上翘(iC略有 增大)。这是因为uCE增大，c结反向电压增大， 使c结展宽，所以有效基区宽度变窄，这样基区
为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复 合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极 直流电流放大系数为
ICN IC ICBO
IB IB ICBO
其含义是：基区每复合一个电子，则 有 电子扩散到集电区去。 值一般在 20~200 之间。
确定了 值之后，可得
ICN IC ICBO
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正偏， 发射区电子不 断向基区扩散， 形成发射极电 流IEN。
VCC
集电结反偏，有少
子形成的反向电流
ICBO。
B
RB VBB
IC=ICE+ICBOICE
C
I ICBO CE N
P
IBE
N
E IE
从基区扩散 来的电子作 为集电结的
少 进子 入， 集V漂 电CC移 结
80
UCE =0.5V
IB(A)
UCE 1V
60
死区电 压，硅管
40
0.5V，锗 20
管0.2V。
工作压降： 硅管 UBE0.6~0.7V,锗 管UBE0.2~0.3V。
0.4 0.8 UBE(V)
二、共发射极输出特性曲线
共射输出特性曲线是以iB为参变量时，iC与 uCE间的关系曲线，即
iC f (uCE ) iB 常数