第7章 半导体器件
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第7章 半导体器件
7.1 7.2 7.3 半导体二极管 半导体三极管 场效应晶体管
主页面
！
重点：
二极管的单向导电性 三极管的电流放大作用及三极管的 特性曲线
7.1 半导体二极管
7.1.1本征半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 导电能力
对温度的反应 非常灵敏
受光照非 常敏感
在纯净的半导体中掺 入微量的杂质（指其 他元素），它的导电 能力会大大增强
7.2.1三极管的基本结构、符号
PNP
集电极 C 集电极 C
NPN
C
C
集电区P 集电结 B 基极 基区N 发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结 发射区P E 发射极
B
B 基极
集电区N 集电结 基区P 发射结 发射区N E 发射极
B
E
E
集电区尺寸 比发射区大
C
集电极 N
基区很薄，杂 质浓度最低
B
基极 E
P
N
发射极
发射区杂质 浓度高
内电场 反向电流
PN 结单向导电性
PN 结具有单向导电性 。 PN 结加正向电压时，电路中有较大电流流过， PN 结导通； PN 结加反向电压时，电路中电流很小， PN 结截 止。
7.1.4半导体二极管
1.结构
硅二极管
按材料不同分 锗二极管 分类 点接触型
阳极 VD
阴极
按结构不同分
面接触型
2.二极管的伏安特性
要有良好接地。场效应管通常
漏极与源极互换使用，但有些
产品源极与衬底已连在一起，
这时漏极与源极不能互换。
画出图示电路输出电压波形。
VD + R ui － US + uo －
返回
（2）集电极和发射极之间的穿透电流ICEO
3. 极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM
（2）集电极最大允许耗散功率PCM
IC ICM
（3）极间反向击穿电压
安 全 工 作 区 O
PCM
极限参数可确定 三极管的安全工 作区
U（BR）CEO
UCE
返回
7.3 场效应晶体管
7.3.1N沟道绝缘栅型场效应管的结构
7.2.2三极管的放大原理
以NPN型三极管为例，要使三极管具有电流放大 作用，发射结要正向偏置，集电结要反向偏置 。
三极管内部载流子运动的过程
（1）发射区向基区发射电子 （2）电子在基区扩散与复合 （3）电子被集电极收集
扩散到基区的电子只 有少部分与基区的空 穴复合，形成电流IB， 其余扩散到集电结边 缘。
增强型
源极S S 栅极G G 漏极D D D N＋ P型硅衬底 N＋ G S
耗尽型
源极S S
栅极G G
漏极D D D
N＋
N＋ G P型硅衬底
S
增强型和耗尽型的区别在于是否有原始导电沟道。
7.3.2N沟道增强型绝缘栅场效应管的工作原理
UDS S UGS ID G D
N＋
N＋ N沟道 P型硅衬底
7.3.3N沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线
＋4
＋3 4
＋4
其中空穴是多数 空穴
载流子，电子是
＋4 ＋4 ＋4
少数载流子。 硼原子
7.1.3PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 通过一定的工艺，使一块P型半导体和一块N型
半导体结合在一起时，在他们的交界处会形成一个
特殊区域，称为PN结。
漂移运动
漂移使空间 电荷区变薄
P型半导体
内电场E N型半导体
二极管长时间使用时，所允许通过的最大正向平均电流。
（2）最大反向工作电压URM 二极管使用时允许承受的最大反向电压。 （3）最大反向电流IRM 二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。
（4）最高工作频率fM
若频率超过了二极管最高工作频率，单向导电性能变差。
7.1.5特殊二极管
1.硅稳压二极管
I/mA 30 △ UZ UZ
IC
从基区扩散来 的电子漂移过 集电结被集电 结收集，形成 IC 。
RC
IB
RB EB IE EC
发射结正偏， 发射区电子 不断向基区 扩散，形成 发射极电流 IE 。
7.2.3三极管的特性曲线
1.输入特性
I B f (U BE )
IC IB ＋ mA
U CE常数
RC
－
μA ＋ V － V － UCE EC
RB
＋
EE
UBE
IB/mA
0.10 0.08 0.06 0.04 0.02
20℃ UCE=0V UCE≥1V
UBE/V O
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
2.输出特性
I C f (UCE )
120 100 放 大 区
I B常数
放大区：发射 结正向偏置， 集电结反向偏 置，IC=IB。
饱和区：集电结、 IC/mA 发射结正偏，饱 和压降硅管 UCES0.3V。 10 饱和区
纯净的半导体称为本征半导体，常用的本征半
导体是硅和锗二晶体。
共价健
＋4 ＋4 ＋4
每相邻两个原子都
＋4 ＋4
＋4
共有一对电子，形
成电子对。
＋4
＋4
＋4
共用 电子对
自由电子
＋4
＋4
＋4
载流子
＋4
＋4
＋4
复合
空穴
＋4
＋4
＋4
电子电流及空穴电流
7.1.2杂质半导体
1.N型半导体
硅原子
半导体中电子的 数目增加，这种
I/mA 锗管 硅管 30
正向特性
20
反向击穿电 压U(BR)
10 死区电压 20 10 O 反向特性 20 40
0.5
1.0
导通压降: 硅 管0.6-0.7V,锗 管0.2-0.3V。 U/V 1.5
死区电压:硅管 0.5V,锗管0.2V。
反向饱和电流
μA
3.二极管的主要参数
（1）最大整流电流IFM
半导体导电主要
＋4 ＋4 ＋4
靠电子，所以称 为电子型半导体， 又称 N 型半导 体。其中自由电 自由电子
＋4
＋5 4
＋4
子是多数载流子，
＋4 ＋4 ＋4
磷原子
空穴为少数载流
子。
2.P型半导体
硅原子
半导体中空穴的
数目增加，这种
半导体导电主要
＋4 ＋4 ＋4
靠空穴，因此称 为空穴型半导体 ， 又称P型半导体。
的变化关系。
7.3.4N沟道耗尽型场效应管
ID/mA
12 10 8 6 4 1 3 2
漏极特性
饱和漏极电流
UGS=0
－1 －2 10 12 14
2
O
2
4
6
8
UDS/V
转移特性
ID/mA 10 UDS=10V
8
6 UP 4 2 －2 －1 O 1 2 3 4 UGS/V IDSS
ID随UGS的增 大而增大
－3
夹段电压
ID随UGS的减
小而减小
7.3.5主要参数
（1）开启电压
使用时除了不能超过极限参数 处，还要特别注意管子栅极开
路时可能出现栅极感应电压过
高而造成绝缘层击穿问题，为 避免这种情况，保存时必须将 三个电极短接；使用时需在栅 极加保护电路；焊接时，烙铁
（2）夹断电压
（3）跨导 （4）极限参数
20
阴极
10 －8 －10 －4 －2 －12 －6 A
O 5
0.4
0.8
U/V
VDZ
△ IZ
IZ
10 15 阳极 20
B
IZm
硅稳压二极管是半导体二极管的一种，其正常 工作在反向击穿区在电路中它与适当的电阻配合， 具有稳定电压的作用，故称稳压管。 2.发光二极管 3.光电二极管
返回
7.2 半导体三极管
空穴
自由 电子
扩散使空间电 荷区逐渐加宽
扩散运动
扩散运动与漂移运动 达到动态平衡
2.PN结单向导电性
PN结加上正向电压，既P区接正、N区接负电压。
空间电荷区变窄
P
- + - + - +
N
外电场
内电场 正向电流
PN结加上反向电压，既P区接负、N区接正电压。
空间电荷区变厚
P
- + - + - +
N
外电场
1.漏极特性
ID/mA
增强型场效应
管的漏极特性
4V 3V 2V UGS=1V
可 变 电 阻 区
O
是指UGS为常数 时，ID随UDS的 变化关系。
放大区
截止区
UDS/V
2.转移特性
ID/mA UDS=常数
增强型场效应
管的转移特性 是指UDS 为常 数时，ID随UGS
UT
O 无沟道 有沟道 UGS/V
80 60
40 20（μA）
5
截止区：发射结 和集电结均反偏， O IB=0 。
IB=0
5 10
UCE/V
截止区
7.2.4三极管的主要参数
1.共发射极电路的电流放大系数 （1）直流电流放大系数 （2）交流电流放大系数 2.极间反向电流
IC I
I C I
（1）集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO
7.1 7.2 7.3 半导体二极管 半导体三极管 场效应晶体管
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！
重点：
二极管的单向导电性 三极管的电流放大作用及三极管的 特性曲线
7.1 半导体二极管
7.1.1本征半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 导电能力
对温度的反应 非常灵敏
受光照非 常敏感
在纯净的半导体中掺 入微量的杂质（指其 他元素），它的导电 能力会大大增强
7.2.1三极管的基本结构、符号
PNP
集电极 C 集电极 C
NPN
C
C
集电区P 集电结 B 基极 基区N 发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结 发射区P E 发射极
B
B 基极
集电区N 集电结 基区P 发射结 发射区N E 发射极
B
E
E
集电区尺寸 比发射区大
C
集电极 N
基区很薄，杂 质浓度最低
B
基极 E
P
N
发射极
发射区杂质 浓度高
内电场 反向电流
PN 结单向导电性
PN 结具有单向导电性 。 PN 结加正向电压时，电路中有较大电流流过， PN 结导通； PN 结加反向电压时，电路中电流很小， PN 结截 止。
7.1.4半导体二极管
1.结构
硅二极管
按材料不同分 锗二极管 分类 点接触型
阳极 VD
阴极
按结构不同分
面接触型
2.二极管的伏安特性
要有良好接地。场效应管通常
漏极与源极互换使用，但有些
产品源极与衬底已连在一起，
这时漏极与源极不能互换。
画出图示电路输出电压波形。
VD + R ui － US + uo －
返回
（2）集电极和发射极之间的穿透电流ICEO
3. 极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM
（2）集电极最大允许耗散功率PCM
IC ICM
（3）极间反向击穿电压
安 全 工 作 区 O
PCM
极限参数可确定 三极管的安全工 作区
U（BR）CEO
UCE
返回
7.3 场效应晶体管
7.3.1N沟道绝缘栅型场效应管的结构
7.2.2三极管的放大原理
以NPN型三极管为例，要使三极管具有电流放大 作用，发射结要正向偏置，集电结要反向偏置 。
三极管内部载流子运动的过程
（1）发射区向基区发射电子 （2）电子在基区扩散与复合 （3）电子被集电极收集
扩散到基区的电子只 有少部分与基区的空 穴复合，形成电流IB， 其余扩散到集电结边 缘。
增强型
源极S S 栅极G G 漏极D D D N＋ P型硅衬底 N＋ G S
耗尽型
源极S S
栅极G G
漏极D D D
N＋
N＋ G P型硅衬底
S
增强型和耗尽型的区别在于是否有原始导电沟道。
7.3.2N沟道增强型绝缘栅场效应管的工作原理
UDS S UGS ID G D
N＋
N＋ N沟道 P型硅衬底
7.3.3N沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线
＋4
＋3 4
＋4
其中空穴是多数 空穴
载流子，电子是
＋4 ＋4 ＋4
少数载流子。 硼原子
7.1.3PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 通过一定的工艺，使一块P型半导体和一块N型
半导体结合在一起时，在他们的交界处会形成一个
特殊区域，称为PN结。
漂移运动
漂移使空间 电荷区变薄
P型半导体
内电场E N型半导体
二极管长时间使用时，所允许通过的最大正向平均电流。
（2）最大反向工作电压URM 二极管使用时允许承受的最大反向电压。 （3）最大反向电流IRM 二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。
（4）最高工作频率fM
若频率超过了二极管最高工作频率，单向导电性能变差。
7.1.5特殊二极管
1.硅稳压二极管
I/mA 30 △ UZ UZ
IC
从基区扩散来 的电子漂移过 集电结被集电 结收集，形成 IC 。
RC
IB
RB EB IE EC
发射结正偏， 发射区电子 不断向基区 扩散，形成 发射极电流 IE 。
7.2.3三极管的特性曲线
1.输入特性
I B f (U BE )
IC IB ＋ mA
U CE常数
RC
－
μA ＋ V － V － UCE EC
RB
＋
EE
UBE
IB/mA
0.10 0.08 0.06 0.04 0.02
20℃ UCE=0V UCE≥1V
UBE/V O
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
2.输出特性
I C f (UCE )
120 100 放 大 区
I B常数
放大区：发射 结正向偏置， 集电结反向偏 置，IC=IB。
饱和区：集电结、 IC/mA 发射结正偏，饱 和压降硅管 UCES0.3V。 10 饱和区
纯净的半导体称为本征半导体，常用的本征半
导体是硅和锗二晶体。
共价健
＋4 ＋4 ＋4
每相邻两个原子都
＋4 ＋4
＋4
共有一对电子，形
成电子对。
＋4
＋4
＋4
共用 电子对
自由电子
＋4
＋4
＋4
载流子
＋4
＋4
＋4
复合
空穴
＋4
＋4
＋4
电子电流及空穴电流
7.1.2杂质半导体
1.N型半导体
硅原子
半导体中电子的 数目增加，这种
I/mA 锗管 硅管 30
正向特性
20
反向击穿电 压U(BR)
10 死区电压 20 10 O 反向特性 20 40
0.5
1.0
导通压降: 硅 管0.6-0.7V,锗 管0.2-0.3V。 U/V 1.5
死区电压:硅管 0.5V,锗管0.2V。
反向饱和电流
μA
3.二极管的主要参数
（1）最大整流电流IFM
半导体导电主要
＋4 ＋4 ＋4
靠电子，所以称 为电子型半导体， 又称 N 型半导 体。其中自由电 自由电子
＋4
＋5 4
＋4
子是多数载流子，
＋4 ＋4 ＋4
磷原子
空穴为少数载流
子。
2.P型半导体
硅原子
半导体中空穴的
数目增加，这种
半导体导电主要
＋4 ＋4 ＋4
靠空穴，因此称 为空穴型半导体 ， 又称P型半导体。
的变化关系。
7.3.4N沟道耗尽型场效应管
ID/mA
12 10 8 6 4 1 3 2
漏极特性
饱和漏极电流
UGS=0
－1 －2 10 12 14
2
O
2
4
6
8
UDS/V
转移特性
ID/mA 10 UDS=10V
8
6 UP 4 2 －2 －1 O 1 2 3 4 UGS/V IDSS
ID随UGS的增 大而增大
－3
夹段电压
ID随UGS的减
小而减小
7.3.5主要参数
（1）开启电压
使用时除了不能超过极限参数 处，还要特别注意管子栅极开
路时可能出现栅极感应电压过
高而造成绝缘层击穿问题，为 避免这种情况，保存时必须将 三个电极短接；使用时需在栅 极加保护电路；焊接时，烙铁
（2）夹断电压
（3）跨导 （4）极限参数
20
阴极
10 －8 －10 －4 －2 －12 －6 A
O 5
0.4
0.8
U/V
VDZ
△ IZ
IZ
10 15 阳极 20
B
IZm
硅稳压二极管是半导体二极管的一种，其正常 工作在反向击穿区在电路中它与适当的电阻配合， 具有稳定电压的作用，故称稳压管。 2.发光二极管 3.光电二极管
返回
7.2 半导体三极管
空穴
自由 电子
扩散使空间电 荷区逐渐加宽
扩散运动
扩散运动与漂移运动 达到动态平衡
2.PN结单向导电性
PN结加上正向电压，既P区接正、N区接负电压。
空间电荷区变窄
P
- + - + - +
N
外电场
内电场 正向电流
PN结加上反向电压，既P区接负、N区接正电压。
空间电荷区变厚
P
- + - + - +
N
外电场
1.漏极特性
ID/mA
增强型场效应
管的漏极特性
4V 3V 2V UGS=1V
可 变 电 阻 区
O
是指UGS为常数 时，ID随UDS的 变化关系。
放大区
截止区
UDS/V
2.转移特性
ID/mA UDS=常数
增强型场效应
管的转移特性 是指UDS 为常 数时，ID随UGS
UT
O 无沟道 有沟道 UGS/V
80 60
40 20（μA）
5
截止区：发射结 和集电结均反偏， O IB=0 。
IB=0
5 10
UCE/V
截止区
7.2.4三极管的主要参数
1.共发射极电路的电流放大系数 （1）直流电流放大系数 （2）交流电流放大系数 2.极间反向电流
IC I
I C I
（1）集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO