第二章3(场效应管)

1、2.5 2.5 场效应管场效应管绝缘栅（绝缘栅（MOS）场效应管）场效应管结型场效应管结型场效应管场效应管的主要参数极特点场效应管的主要参数极特点一一二二三三一一 MOSMOS场效应极管场效应极管 场效应管场效应管：是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是以输入电压控制输出电流的的半导体器件。以输入电压控制输出电流的的半导体器件。1.1.根据载流子来划分：根据载流子来划分：N N沟道沟道器件：电子作为载流子的。器件：电子作为载流子的。P P沟道沟道器件：空穴作为载流子的。器件：空穴作为载流子的。2.2.根据根据结构来划分：结构来划分： 结型结型场效应管场

2、效应管JFET： 绝缘栅型绝缘栅型场效应管场效应管MOSFET：1.场效应管具有什么功能？2.场效应管都有哪些类型？区别是什么？3.与双及性三极管的区别？ 1 1 增强型增强型MOSFET结构结构D为漏极，相当为漏极，相当C； G为栅极，相当为栅极，相当B； S为源极，相当为源极，相当E。 （一） N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管的工作原理场效应管的工作原理绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET分为：分为： 增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道N沟道增强型沟道增强型 MOSFET结构图结构图栅压为零时栅压为零时有沟道有沟道栅压为零时栅压

3、为零时无沟道无沟道P型硅作衬型硅作衬底浓度较低底浓度较低引出电极引出电极B在在P P型衬底上生成型衬底上生成S Si iO O2 2薄膜绝缘层薄膜绝缘层引出电极引出电极G G极极用光刻工艺扩散两用光刻工艺扩散两个高掺杂的个高掺杂的N N型区，型区，从从N N型区引出电极：型区引出电极：S S极和极和D D极极MOSFET=Metal-Oxide-semiconductor Field Effect Transistor(动画2-3) 由于由于BS短接，短接，G与衬底与衬底B间产生电场，间产生电场，GB相当两个平板，电相当两个平板，电子被正极板吸引，空穴被排斥，出现一薄层负离子的耗尽层。子被正极

4、板吸引，空穴被排斥，出现一薄层负离子的耗尽层。 耗尽层中的少子耗尽层中的少子电子，将向表层运动，但数量有限，不电子，将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍不能形成漏极电流足以形成沟道，所以仍不能形成漏极电流ID。1）栅源电压）栅源电压UGS的控制作用的控制作用漏源之间相当两个背靠背的漏源之间相当两个背靠背的 二极管，二极管，在在D、S之间加上电压不会在之间加上电压不会在D、S间形成电流。即间形成电流。即:ID=02 2 工作原理工作原理(1).当当UGS=0V时时:(2).0UGSUT时时:(3).当当UGS=UT:( UT 称为开启电压称为开启电压)1.1.在在UGS=0V时时ID

5、=0; ;2.2.只有当只有当UGSUT后才会出现漏极电流，这种后才会出现漏极电流，这种MOSMOS管称为管称为增强型增强型MOSMOS管。（电压控制器件）管。（电压控制器件）出现反型层，与出现反型层，与N N形成一体构成导电沟道形成一体构成导电沟道; ;当当UDS0时时:D 沟道沟道 S之间形成漏极电流。之间形成漏极电流。(4).当当UGS UT:( UT 称为开启电压称为开启电压)随着随着UGS的继续增加，沟道加的继续增加，沟道加厚厚，沟道电阻，沟道电阻 ，ID将不断将不断 （动画2-4）（续）工作原理（续）工作原理结结 论论 UGS固定，且固定，且UDS很小时很小时： UDS与漏极电流与

6、漏极电流ID之间呈线性关系。之间呈线性关系。漏源电压漏源电压UDS对沟道影响对沟道影响1 1）输出特性曲线）输出特性曲线（1）可变电阻区可变电阻区UGSUT:反映了漏源电压反映了漏源电压UDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用：的控制作用：ID=f(UDS) UGS=constID K2(UGS -UT)UDS 上式得上式得: UGS一定时沟道导通电阻：一定时沟道导通电阻：Ron = dUDS / dID| UGS =constRon = L / n COXW (UGS -UT)3 3 特性曲线特性曲线沟道电子表沟道电子表面迁移率面迁移率K K为导电因子为导电因子单位面积栅单位面积栅氧化层电容

7、氧化层电容 结论：结论：U UGSGS恒定时恒定时R Ronon近似为常数。近似为常数。R Ronon随随U UGSGS而变化，故又称而变化，故又称可变电阻区。可变电阻区。 由于由于UDS的存在，导电沟道不均匀，当的存在，导电沟道不均匀，当UDS = UGS -UT时时: 此时漏极端的导电沟道将开始消失（称预夹断）此时漏极端的导电沟道将开始消失（称预夹断）(2) 恒流区：恒流区：UGS一定时：一定时：ID随随UDS基本不变，基本不变， ID恒定称恒流区。恒定称恒流区。 当当UDS UGS -UT时时: :随随UDS 夹断点向移动，耗尽层的电阻很夹断点向移动，耗尽层的电阻很高（高于沟道电阻）所以

8、新增高（高于沟道电阻）所以新增UDS几乎全部降在耗尽层两端，几乎全部降在耗尽层两端，ID不随不随UDS而变。而变。(3) 击穿区：击穿区：当当UDS 增加到一临界值时，增加到一临界值时， ID （急剧）即（急剧）即D与衬底之间击穿。与衬底之间击穿。当当UGSUT，且固定为某一值时，且固定为某一值时: : UDS对对ID的影响的关系曲线称为的影响的关系曲线称为漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线。漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线在输出特性曲线上：在输出特性曲线上：当当UDS固定为某一值时固定为某一值时: : UGS对对ID的影响的关系曲线称为的影响的关系曲线称为转移特性曲线转移特性曲线。转移特性曲线

9、转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线3 3 特性曲线特性曲线UGS对对ID的控制关系可用如下的控制关系可用如下曲线描述，称为曲线描述，称为转移特性曲线转移特性曲线ID=f(UGS) UDS=const2）转移）转移特性曲线特性曲线如图所示：如图所示：(1).UGS0随随UGS 沟道加厚沟道加厚 ID UDS正向减小，曲线右移。正向减小，曲线右移。在恒流区转移特性曲线中在恒流区转移特性曲线中ID 与与UGS的关系为：的关系为：ID =K(UGS -UT)2 ; 式中式中K为导电因子为导电因子ID =(UGS -UT)2 n COXW/2L短沟道并考虑短沟道并考虑UDS的影响时：的影响时：ID =

10、K(UGS -UT)2(1+ UDS)沟道电子表沟道电子表面迁移率面迁移率单位面积栅单位面积栅氧化层电容氧化层电容沟道长度沟道长度调制系数调制系数 UGS0时：时： 随着随着UGS反向增加，反向增加，ID逐渐减小。逐渐减小。 直至直至ID=0。 对应对应ID=0的的UGS称为夹断电压，用符号称为夹断电压，用符号UP 表示。表示。 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的结构如图所示：的结构如图所示：( (二二)N)N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFETUGS=0时；时； 正离子已感应出反型层，在漏正离子已感应出反型层，在漏 源之间形成了沟道。只要有漏源之间形成了沟道。只要有

11、漏 源电压，就有漏极电流存在。源电压，就有漏极电流存在。（饱和电流（饱和电流Idss）(a) 结构示意图结构示意图在栅极下方的在栅极下方的SiOSiO2 2绝缘层中掺入了大绝缘层中掺入了大量的金属正离子。量的金属正离子。当当UGS0时；时； 沟道变宽将使沟道变宽将使ID进一步增加进一步增加。N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的输出特性曲线的输出特性曲线 N沟道耗尽型的输出特性曲线沟道耗尽型的输出特性曲线在恒流区仍满足：在恒流区仍满足：ID K(UGS -UT)2ID K(UGS -UT)2（1+ UDS）对耗尽型对耗尽型MOS管还可表示为：管还可表示为： ID IDSS(1-U

12、GS/ Up)2饱和漏极电流的值为：饱和漏极电流的值为： IDSS (nCOXW/2L )Up2IDSSN沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET转移特性曲线转移特性曲线N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的转移特性曲线的转移特性曲线: :如图所示：如图所示： P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道MOSFET完完全相同。全相同。 区别是导电的载流子不同，供电电压极性不同。区别是导电的载流子不同，供电电压极性不同。 同双极型三极管有同双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样型一样。( (三三) )P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET 场效应管的特性曲线类型比较多：场效应管

13、的特性曲线类型比较多： 根据导电沟道不同，以及增强型还是耗尽型，可根据导电沟道不同，以及增强型还是耗尽型，可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。电流方向也有所不同。 如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。的象限。 为便于绘制，将为便于绘制，将P P沟道管子的正方向反过来设定。沟道管子的正方向反过来设定。 有关曲线绘于下图之中。有关曲线绘于下图之中。2. 2. 伏安特性曲线伏安特性曲线 各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝绝缘缘栅栅场场效效应应管

14、管 N沟沟道道增增强强型型 P沟沟道道增增强强型型绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管 N沟沟道道耗耗尽尽型型P 沟沟道道耗耗尽尽型型三三 结型场效应三极管结型场效应三极管 JFET的结构与的结构与MOSFET相似，相似， 工作机理也相似。如图工作机理也相似。如图: 在在N型半导体硅片的两侧各制型半导体硅片的两侧各制造一个造一个PN结，形成两个结，形成两个PN结夹结夹一个一个N型沟道的结构。型沟道的结构。 P区即为栅极区即为栅极; N型硅的一端是漏极型硅的一端是漏极; 另一端是源极。另一端是源极。结型场效应三极管的结构结型场效应三极管的结构(动画2-8）（一）结型场效应三极管的结构（一）结型场效应三极

15、管的结构: :栅极栅极漏极漏极源极源极UGSDSGUDSID栅源电压对沟道的控制作用栅源电压对沟道的控制作用1. 当当UGS=0时时: 沟道较宽，在沟道较宽，在 UDS作用下，作用下， 产产 生的生的ID较大较大。 2.当当UGS0时（即负压）时时（即负压）时: 随随UGS增加，沟道变窄，增加，沟道变窄，ID减小。减小。 （二）结型场效应三极管的工作原理（二）结型场效应三极管的工作原理耗尽层N沟道耗尽层3.若若UGS再增加，增至再增加，增至UGS=Up时时，耗尽层在源极附近相遇，耗尽层在源极附近相遇，称为称为全加断全加断。此时。此时ID=0。 当当UDS增加到增加到UDS=UP（夹断电压）（夹

16、断电压） 耗尽层在漏极附近相遇，称为耗尽层在漏极附近相遇，称为预夹断预夹断（动画2-9）漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用（动画2-9） ( (三三) )结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线 它与耗尽型它与耗尽型MOSFETMOSFET的特性曲线基本相同，只不过的特性曲线基本相同，只不过MOSFETMOSFET的栅压可正可负，的栅压可正可负， 而结型场效应三极管的栅压只能是而结型场效应三极管的栅压只能是P P沟道的为正或沟道的为正或N N沟道沟道的为负。的为负。JFET的特性曲线有两条：的特性曲线有两条：转移特性曲线

17、：转移特性曲线：输出特性：输出特性：(a)漏极输出特性曲线（动画2-6） (b)转移特性曲线（动画2-7）结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线JFETJFET的特性曲线：的特性曲线： ( (三三) )结型场效应的特性曲线结型场效应的特性曲线 与与NMOSFET的转移特性曲的转移特性曲线很相似；线很相似； 区别在于区别在于NMOSFET的栅压的栅压可正可负，可正可负， 而而NJFET的栅压只能为负电的栅压只能为负电压。压。? ?1.NJFET转移特性曲线转移特性曲线(如图如图)_同理同理PJFET 的栅压只能为正电压。的栅压只能为正电压。UDS=常数结结型型场场效效应应管管 N沟

18、沟道道耗耗尽尽型型P沟沟道道耗耗尽尽型型 开启电压是开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电的绝增强型管的参数，栅源电压小于开启电的绝对值，场效应管不能导通对值，场效应管不能导通(即即IG =0)。夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FET的参数，当漏极电流为零时的参数，当漏极电流为零时, UGS=U P耗尽型场效应三极管当耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。四四 场效应三极管的参数场效应三极管的参数开启电压开启电压 UGS,th (UT)夹断电压夹断电压UGS,off (UP)饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS（一）场效应管的主要参数（一）场效应管的主要

19、参数1 1）直流参数）直流参数 场效应管栅源输入电阻场效应管栅源输入电阻RGS： 栅源间加固定电压栅源间加固定电压UGS栅极电流栅极电流IGS之比，输入电阻的典型值之比，输入电阻的典型值: 结型场效应管，反偏时结型场效应管，反偏时RGS约大于约大于108 1012 ， 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管RGS约是约是10101015。漏源、栅源击穿电压漏源、栅源击穿电压UDS,B 、 BUGS,B ( (极限参数极限参数) )低频跨导低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，gm可以在转可以在转 移移 特性曲线特性曲线上求取，单位是上求取，

20、单位是mA/V或或mS(毫西门子毫西门子)。2 2） 场效应管的微变参数场效应管的微变参数0, 0UUUIgBSDSGSDmdddd)/(33.15.12vmAUIgGSDm(1).图解法求解：在曲线工作点上作切线，其斜率为图解法求解：在曲线工作点上作切线，其斜率为gm(2).解析法求解：解析法求解：增强型增强型MOSFET: gm =1/ Ron耗尽型耗尽型MOSFET: gm =-(1- UGS / Up ) 2 IDSS/ Up衬底跨导衬底跨导gmb 0,0UUUIgGSDSBSDmbddddgUCQgmBSFoxdmb)2(2漏极电阻漏极电阻rdS ：可在输出特性曲线：可在输出特性曲线

21、工作点上作切线，其斜工作点上作切线，其斜率率的倒数的倒数0, 0UUIUrBSGSDDSdsdddd动态漏极电阻动态漏极电阻rds：极间电容极间电容:包括包括CgS 、 Cgd、 Cgb 、 Csd 、 Csb 、 Cdb。0, 0uudidurGSBSDDSdsdd在恒流区（即可变电阻区）：在恒流区（即可变电阻区）：3 3）极限参数极限参数: :包括包括UGS,B 、UDS,B 、 PDM 、 Csd 、 Csb 、 Cdb。（二）场效应管的特点（二）场效应管的特点是单极型电压控制器件；温度稳定性好。是单极型电压控制器件；温度稳定性好。是输入电阻极高，一般可达是输入电阻极高，一般可达108

22、以上，因而可组以上，因而可组成多级放大器的输入级，同时在作中间级放大器时，成多级放大器的输入级，同时在作中间级放大器时，不需考虑对前级的负载作用。不需考虑对前级的负载作用。噪声低噪声低结构对称性、极间的互换性。结构对称性、极间的互换性。构成可变电阻。构成可变电阻。工艺简单、功耗小。适于集成。工艺简单、功耗小。适于集成。2.6 2.6 集成化元器件及其特点集成化元器件及其特点一一 集成电路工艺简介集成电路工艺简介 以制造以制造NPN管的工艺流程为例管的工艺流程为例 氧化氧化 光刻光刻 隐埋层扩散隐埋层扩散 外延和氧化外延和氧化 隔离扩散隔离扩散选择隔离槽选择隔离槽P型硅片型硅片1. 平面工艺平面

23、工艺2 2 电路元件制造工艺电路元件制造工艺基区扩散基区扩散 发射区扩散发射区扩散 蒸铝蒸铝 NPN选择基区选择基区选择发射区选择发射区选择电极选择电极引线窗口引线窗口选择要去选择要去除的铝层除的铝层集成电路的封装集成电路的封装(b)圆壳式圆壳式(a)双列直插式双列直插式二、二、 集成化元器件集成化元器件1. NPN1. NPN晶体管晶体管 在在P P型硅片衬底上扩散型硅片衬底上扩散N N隐埋层，生长隐埋层，生长N N型外延层，扩散型外延层，扩散P P型基区，型基区，N N型发射区和集电区型发射区和集电区隔离岛隔离岛隐埋层隐埋层扩散扩散P型基区型基区2. PNP2. PNP晶体管晶体管 从隔离

24、槽从隔离槽P上引出集电极，载流子沿晶体管断面上引出集电极，载流子沿晶体管断面 的垂直方向的垂直方向运动运动1)1)纵向纵向PNPPNP管管优点：优点：w制造方便制造方便w基区较基区较NPN宽宽w特征频率高特征频率高w输出电流大输出电流大缺点缺点由于隔离的需要，由于隔离的需要，C极必须接电路电源最低电位极必须接电路电源最低电位 常作射极跟随器。常作射极跟随器。 (2)横向横向PNP管管发射极和集电极横向排列，载流子沿断面水平运动。发射极和集电极横向排列，载流子沿断面水平运动。优点：优点： 因为由轻掺杂的因为由轻掺杂的P型扩散区和型扩散区和N型外延区构成，型外延区构成，e结和结和c结反向击穿电压高

25、结反向击穿电压高缺点：缺点： 由于加工原因，基区宽度比普通由于加工原因，基区宽度比普通NPN大大12个数量级，个数量级， 很小，特征频率低。很小，特征频率低。3. 二极管二极管w 晶体管制作时，只要开路或短路某一晶体管制作时，只要开路或短路某一PN结即得（如图）结即得（如图）:常用的两种形式常用的两种形式4.4. 电阻电阻：（一般有两种）（一般有两种）（1 1）金属膜电阻）金属膜电阻: :温度特性好温度特性好（2 2）扩散电阻，按结构分：）扩散电阻，按结构分：w 基区电阻基区电阻: 50: 50 100K100K 20%20%w 发射区电阻发射区电阻: 1: 11000 1000 （电阻率低）

26、（电阻率低）w 窄基区电阻窄基区电阻: : 电阻率高电阻率高 10101000K 1000K 20%20%w 虽集成化电阻阻值误差大，但为同向偏差，匹配误差虽集成化电阻阻值误差大，但为同向偏差，匹配误差小（小于小（小于3 3）5. 电容电容w 利用利用SiO2保护层作绝缘介质，用金属板和半导体作电容极板。保护层作绝缘介质，用金属板和半导体作电容极板。w 电容量与氧化物厚度成反比，与极板面积成正比，单位面积电容量与氧化物厚度成反比，与极板面积成正比，单位面积电容量不大，但漏电较小、击穿电压较高。电容量不大，但漏电较小、击穿电压较高。MOS电容：电容：三 集成化元器件特点4. 集成电路中寄生参量的

27、存在会引起元件间的寄生耦合，影集成电路中寄生参量的存在会引起元件间的寄生耦合，影响电路稳定，使电路产生寄生振荡。响电路稳定，使电路产生寄生振荡。1. 集成电路工艺不能制作集成电路工艺不能制作电感电感，超过，超过100pF的大电容因占用的大电容因占用面积大也不易制作，故集成电路中不采用面积大也不易制作，故集成电路中不采用阻容耦合阻容耦合，而采用而采用直接耦合。直接耦合。2. 集成化电阻阻值越大占用硅片面积越大，一般避免用大电集成化电阻阻值越大占用硅片面积越大，一般避免用大电阻阻，尽量用，尽量用晶体管晶体管代替电阻、电容。代替电阻、电容。3. 单个元件的精度不高，受温度影响大，但同一晶片上相邻单个

28、元件的精度不高，受温度影响大，但同一晶片上相邻元件在制作尺寸和温度上有同向偏差，对称性好，故大量采元件在制作尺寸和温度上有同向偏差，对称性好，故大量采用用差放电路差放电路及增益取决于电阻比值的及增益取决于电阻比值的负反馈放大器负反馈放大器。随着空间技术、光通信技术和计算机技术的发展，半导体光随着空间技术、光通信技术和计算机技术的发展，半导体光电器件得到飞速发展。光电器件按其功能可分成两大类：电器件得到飞速发展。光电器件按其功能可分成两大类：1发光器件发光器件 它的功能是把电能转换为光能。发光二极管是它的功能是把电能转换为光能。发光二极管是最常用的发光器件，当发光二极管两端加上电流或电压时，最常

29、用的发光器件，当发光二极管两端加上电流或电压时，可高效的发出可见光、红外光或不可见光。可高效的发出可见光、红外光或不可见光。2光敏器件光敏器件 它的功能是把光能转换为电能。其中包括根据它的功能是把光能转换为电能。其中包括根据光电导效应工作的光电二极管，根据光生伏特效应工作的光光电导效应工作的光电二极管，根据光生伏特效应工作的光电池（也称太阳能电池），依据光电子发射效应工作的光电电池（也称太阳能电池），依据光电子发射效应工作的光电倍增器、摄像管等。倍增器、摄像管等。2.7 半导体管光电器件1半导体发光二极管半导体发光二极管 发光二极管是一种把电能转换成光能的特殊半导体器件，它具发光二极管是一种把

30、电能转换成光能的特殊半导体器件，它具有一个有一个PN结。结。当给当给PN结两端加正向偏压时，在正向电流激发下，管子就会发结两端加正向偏压时，在正向电流激发下，管子就会发出可见光或不可见光，称电致发光。出可见光或不可见光，称电致发光。目前市场上有发红光、黄光、绿光、蓝光、紫光和红外光的各目前市场上有发红光、黄光、绿光、蓝光、紫光和红外光的各种发光二极管。除此以外还有变色发光二极管等。种发光二极管。除此以外还有变色发光二极管等。一、 半导体发光器件1）工作原理）工作原理半导体发光二极管的工作机理是光的自发发射。半导体发光二极管的工作机理是光的自发发射。当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程

31、中复当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。合发光。 发光二极管的发光二极管的pI曲线。曲线。 I (mA) P (W) 100 100 200 200 0 图 274LED 的 PI 曲线 结论：结论：发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比上与注入电流成正比 。1）半导体激光器的工作机理）半导体激光器的工作机理和任何类型的激光器一样，在半导体激光器中产生激光，需和任何类型的激光器一样，在半导体激光器中产生激光，需要具备以下三个基本条件：要具备以下三个基本条件：（1）具有合适的能级分布的激光物质；）具有合适的能级分布

32、的激光物质；（2）外界提供的激励源能够在有源区中产生足够的粒子数反）外界提供的激励源能够在有源区中产生足够的粒子数反转分布；转分布；（3）存在光学谐振腔，在有源区中能够建立起稳定的振荡。）存在光学谐振腔，在有源区中能够建立起稳定的振荡。 2半导体激光器（半导体激光器（LD）原理：原理：首先使输出光的方向得到选择，使不能被反射镜面截获的、首先使输出光的方向得到选择，使不能被反射镜面截获的、方向杂乱的光逸出腔外而损耗掉，能在谐振腔内建立起稳定方向杂乱的光逸出腔外而损耗掉，能在谐振腔内建立起稳定振荡的光基本上是与反射镜面垂直方向的光。振荡的光基本上是与反射镜面垂直方向的光。条件：条件：要使光在谐振腔

33、内建立起稳定的振荡，必须满足一定的相要使光在谐振腔内建立起稳定的振荡，必须满足一定的相位条件和振幅条件，位条件和振幅条件，相位条件相位条件使发射光谱得到选择，使发射光谱得到选择，振幅振幅条件条件使激光器成为一个使激光器成为一个阈值器件阈值器件。半导体光电探测器是将半导体光电探测器是将光信号转换成电信号光信号转换成电信号的功能器件。的功能器件。适用范围：适用范围：在一切光信号处理的系统中都起着至关重要的作在一切光信号处理的系统中都起着至关重要的作用；用； （包括光纤通信系统、光纤传感系统等）（包括光纤通信系统、光纤传感系统等）半导体光电探测器的构成决定了它的所有性能指标，如伏安半导体光电探测器的

34、构成决定了它的所有性能指标，如伏安特性、响应时间、暗电流、噪声等效功率等。特性、响应时间、暗电流、噪声等效功率等。二、 半导体光电探测器1. 半导体光电探测器的基本原理 图图286 286 光电二极管光电二极管工作机理：工作机理：是光电导效应；是光电导效应；工作条件：工作条件：光电二极管的光电二极管的PN结在反向偏置电压下工作。结在反向偏置电压下工作。原理：原理：光入射到本征半导体材料后，受共价键束缚的电子吸光入射到本征半导体材料后，受共价键束缚的电子吸收光能量后挣脱共价键束缚而成为自由电子，并在原来的位置收光能量后挣脱共价键束缚而成为自由电子，并在原来的位置上留下空穴。光激发的电子上留下空穴

35、。光激发的电子空穴对在外加电场的作用下产生空穴对在外加电场的作用下产生定向运动，形成电流；定向运动，形成电流；结论：结论：电流是在光激发下产生的，所以称为光生电流。电流是在光激发下产生的，所以称为光生电流。入射光越强，光生电流越大。入射光越强，光生电流越大。原理：1 1）光电响应特性）光电响应特性 光电流的大小与入射光功率光电流的大小与入射光功率P Pinin成正比成正比: :inPRI U I I 0=0 2 3 0 0 图 287 光电二极管的光特性 图 288 光电二极管的伏安特性 输入光照度 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物体。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物体

36、。具有如下特性：具有如下特性：温敏性、光敏性和掺杂特性。温敏性、光敏性和掺杂特性。以上特性对半导体的导电能力有较大影响，利用这些性以上特性对半导体的导电能力有较大影响，利用这些性能可制作成具有各种特性的半导体器件。能可制作成具有各种特性的半导体器件。 PN结是构成半导体器件的基本单元，具有单向导电性、结是构成半导体器件的基本单元，具有单向导电性、非线性电阻特性、电容效应、击穿稳压特性。非线性电阻特性、电容效应、击穿稳压特性。当当PN结加正向电压时，结加正向电压时，PN结导通，呈现低阻特性。结导通，呈现低阻特性。当当PN结加反向电压时，结加反向电压时，PN结截止，呈现高阻特性。结截止，呈现高阻特性。小小