《双极和MOS晶体管》PPT课件

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1、1微电子技术基础双极型和MOS晶体管信息工程学院姜梅一、双极晶体管1.双极晶体管的结构由两个相距很近的PN结组成：分为：NPN和PNP两种形式基区宽度远远小于少子扩散长度发射区收集区基区发射结收集结发射极收集极基极NPN晶体管的电流输运NPN晶体管的电流转换电子流空穴流2.3.晶体管的直流特性共发射极的直流特性曲线三个区域：饱和区放大区截止区4.晶体管的特性参数4.1晶体管的电流增益（放大系数）共基极直流放大系数和交流放大系数0、两者的关系共发射极直流放大系数交流放大系数0、4.2晶体管的反向漏电流和击穿电压反向漏

2、电流Icbo：发射极开路时，收集结的反向漏电流Iebo：收集极开路时，发射结的反向漏电流Iceo：基极开路时，收集极－发射极的反向漏电流晶体管的主要参数之一4.3晶体管的击穿电压BVcboBVceoBVeboBVceo是晶体管的重要直流参数之一。它标志在共发射极运用时，收集级-发射级间能承受的最大反向电压。4.4晶体管的频率特性（1）截止频率f：共基极电流放大系数减小到低频值的所对应的频率值（2）截止频率f：（3）特征频率fT：共发射极电流放大系数为1时对应的工作频率（4）最高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率

3、5.BJT的特点优点垂直结构与输运时间相关的尺寸由工艺参数决定，与光刻尺寸关系不大易于获得高fT高速应用整个发射上有电流流过可获得单位面积的大输出电流易于获得大电流大功率应用开态电压VBE与尺寸、工艺无关片间涨落小，可获得小的电压摆幅易于小信号应用模拟电路输入电容由扩散电容决定随工作电流的减小而减小可同时在大或小的电流下工作而无需调整输入电容输入电压直接控制提供输出电流的载流子密度高跨导存在直流输入电流，基极电流功耗大饱和区中存储电荷的存在开关速度慢开态电压无法成为设计参数设计BJT的关键：获得尽可能大的IC和尽可能小的I

4、B缺点§2.3MOS场效应晶体管场效应晶体管的定义是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单、器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。双极型晶体管是通过控制基极电流达到控制集电极电流的目的。而场效应管的输出电流由输入端电压控制，两者的控制原理截然不同。场效应管结型场效应三极管JFET绝缘栅型场效应三极管IGFETJunctiontypeFieldEffectTransistorInsulatedGateFieldEffectTransistor分类N沟道P沟道金属氧化物半导体三极管MOSFET

5、－MetalOxideSemiconductorFET增强型（EMOS）耗尽型（DMOS）N沟道P沟道N沟道P沟道N+N+P+P+PUSGDN沟道EMOSFET结构示意图源极漏极衬底极SiO2绝缘层金属栅极P型硅衬底SGUD电路符号l沟道长度W沟道宽度S(Source)D(Drain)G(Gate)MOS管结构以N沟道增强型MOS管为例G－栅极（基极）S－源极（发射极）D－漏极（集电极）B－衬底N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂

6、的N型区，从N型区引出电极MOS管工作原理以N沟道增强型MOS管为例正常放大时外加偏置电压的要求问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？栅源电压VGS对iD的控制作用VGS

7、漏极和源极连通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在漏源电压作用下开始导电时（即产生iD）的栅源电压为开启电压VT在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为反型层。漏源电压VDS对iD的控制作用VGS＞VT后,外加的VDS较小时，ID将随着VDS的增加而增大。当VDS继续增加时，由于沟道电阻的存在，沟道上将产生压降，使得电位从漏极到源极逐渐减小，从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大，反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。当VDS大于一定值后，SiO2层上的有效栅

8、压小于形成反型层所需的开启电压，则靠近漏端的反型层厚度减为零，出现沟道夹断，ID将不再随VDS的增大而增大，趋于一饱和值。转移特性曲线iD=f(vGS)VDS=const输入电压与输出电流间的关系曲线，对于共源电路，即：调制系数输出特性曲线输出电压与输出电流间的关系曲线，对于共源电路，即：iD=f(v