微电子概论半导体分立器件

微电子概论半导体分立器件第1页，课件共130页，创作于2023年2月前言我们将讲解半导体器件-二极管，三极管（晶体管），MOS管的物理学原理和电学的基本特性，实际上这些特性和这些器件的物理学结构息息相关。我们还要学习半导体器件的工艺步骤、工艺流程和工艺原理，这也将加深我们对半导体器件的理解。第2页，课件共130页，创作于2023年2月第一章.半导体器件基础半导体及其基本特性什么是半导体？金属：电导率106～104(W∙cm-1)；半导体：电导率104~10-10(W∙cm-1)，含禁带；绝缘体：电导率<10-10(W∙cm-1)，禁带较宽；半导体的特点：电导率随温度上升而指数上升；杂质的种类和数量决定其电导率；可以实现非均匀掺杂；光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率；第3页，课件共130页，创作于2023年2月1.常见半导体材料及其结构单一元素半导体(IV族)：硅（Si）、锗(Ge)硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料；化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。第4页，课件共130页，创作于2023年2月2.硅半导体的结构原子结合形式：共价键；形成的晶体结构：构成一个正四面体，具有金刚石晶体结构；硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。硅的共价键结构

金刚石结构第5页，课件共130页，创作于2023年2月3.半导体掺杂电子摆脱共价键所需的能量，在一般情况下，是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下，硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少，它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质（简称掺杂）来决定，这是半导体能够制造各种器件的重要原因。第6页，课件共130页，创作于2023年2月施主(Donor)掺杂掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子而本身成为带正电的离子。这种杂质称为施主杂质。如在Si中掺入V族的P和As。当半导体中掺入施主杂质，并主要靠施主提供的电子导电，这种靠电子导电的半导体称为N型半导体。第7页，课件共130页，创作于2023年2月受主(Acceptor)掺杂掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴而本身成为带负电的离子。这种杂质称为受主杂质。如在Si中掺入III族的硼(B)元素。当半导体中掺有施主杂质时，主要靠受主提供的空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。第8页，课件共130页，创作于2023年2月半导体掺杂当一块半导体中同时含有施主和受主杂质时，受主和施主在导电性上会相互抵销，这种现象叫做杂质的“补偿”。在有补偿的情况下，决定导电能力的是施主和受主浓度之差。当施主数量超过受主时，半导体就是N型的；反之，受主数量超过施主，则是P型的。杂质补偿单位体积（通常指每立方厘米）杂质的数量称为杂质浓度；杂质浓度分为电子浓度n和空穴浓度p。第9页，课件共130页，创作于2023年2月4.半导体电阻率和迁移率电阻率/电导率定义：r---电阻率(W∙cm)；s---电导率(S,W-1∙cm-1);微分形式：由或者第10页，课件共130页，创作于2023年2月迁移率电子平均漂移速度；在dt时间内通过A平面的电荷数量dQ为：电流密度j为：与相比，可以得到平均漂移速度： 与电场成正比；m

被称为迁移率。AB电子浓度n第11页，课件共130页，创作于2023年2月迁移率迁移率是反映半导体中的载流子导电能力的重要参数，它决定了半导体器件的工作速度。电导率s=nqm迁移率硅（Si）锗（Ge）砷化镓（GaAs）mn(cm2/V∙s)135039008500mp(cm2/V∙s)4801900400常温300K下，常用半导体材料的迁移率第12页，课件共130页，创作于2023年2月5.半导体的能带电子的微观运动服从量子力学规律。其基本特点包含以下两种运动形式：电子做稳恒的运动，具有完全确定的能量。这种稳恒的运动状态称为量子态。相应的能量称为能级。在一定条件下，电于可以发生从一个量子志转移到另一个量子态的突变。这种突变称为量子跃迁。第13页，课件共130页，创作于2023年2月半导体的能带半导体晶体中的电子的能量既不像自由电子哪样连续，也不象孤立原子哪样是一个个分立的能级，而是形成能带，每一带内包含了大量的，能量很近的能级。能带之间的间隙叫禁带，一个能带到另一个能带之间的能量差称为禁带宽度。第14页，课件共130页，创作于2023年2月价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带禁带：导带底与价带顶之间能带带隙：导带底与价带顶之间的能量差半导体的能带结构导带价带Eg第15页，课件共130页，创作于2023年2月电子和空穴的产生电子摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程，在能带图上看，就是一个价电子从价带到导带的量子跃迁过程。其结果是在导带中增加了一个电子而在价带中则出现了一个空的能级（空穴）。半导体中的导电电子就是处于导带中的电子，空穴的导电性反映的仍是价带中电子的导电作用。电子能量增加空穴能量增加第16页，课件共130页，创作于2023年2月杂质能级

半导体中的杂质原子可以使电子在其周围运动而形成量子态。杂质量子态的能级处在禁带之中。掺杂就是在禁带中引入能级。

施主杂质引入施主能级第17页，课件共130页，创作于2023年2月杂质能级受主杂质引入受主能级浅能级：离导带或者价带很近，电离能很小；深能级：离导带或者价带较远，电离能较大；第18页，课件共130页，创作于2023年2月杂质补偿由于导带和施主能级高于价带和受主能级，导带和施主能级上的电子总是先填充能量低的空能级，即空的受主或价带能级；当同时存在施主掺杂和受主掺杂时，半导体的载流子个数是施主掺杂浓度和受主掺杂浓度之差：ND

–NA(ND>NA)或者NA-ND(NA>ND)第19页，课件共130页，创作于2023年2月6.半导体中的载流子载流子：能够自由移动的电子和空穴；如果共价键中的电子获得足够的能量，它就可以摆脱共价键的束缚，成为可以自由运动的电子。这时在原来的共价键上就留下了一个缺位，因为邻键上的电子随时可以跳过来填补这个缺位，从而使缺位转移到邻键上去，所以，缺位也是可以移动的。这种可以自由移动的空位被称为空穴。半导体就是靠着电子和空穴的移动来导电的。

电子和空穴统称为载流子。电子：Electron空穴：Hole第20页，课件共130页，创作于2023年2月本征半导体：没有掺杂的半导体；本征载流子：本征半导体中的载流子，完全依靠电子-空穴对的产生；本征载流子浓度：电子浓度n,

空穴浓度p热平衡状态：n=p=ni

且n∙p=ni2ni与禁带宽度和温度有关，温度一定时为常数。半导体中的载流子第21页，课件共130页，创作于2023年2月半导体中的载流子非本征半导体的载流子在非本征情形:热平衡时:N型半导体：n大于pP型半导体：p大于n第22页，课件共130页，创作于2023年2月多子：多数载流子

n型半导体：电子

p型半导体：空穴少子：少数载流子

n型半导体：空穴

p型半导体：电子半导体中的载流子第23页，课件共130页，创作于2023年2月电中性条件:正负电荷之和为0p+ND–n–NA=0施主和受主可以相互补偿p=n+Na–Ndn=p+Nd–Na非本征半导体载流子在掺杂的半导体中，多子和少子浓度是通过多子和少子平衡的基本公式np=ni2和电中性条件来确定。第24页，课件共130页，创作于2023年2月非本征半导体载流子浓度（杂质浓度>>ni，所以可以忽略少子浓度）：n型半导体：电子nND

空穴pni2/NDp型半导体：空穴pNA

电子nni2/NA本征载流子浓度：

n=p=ni

且n∙p=ni2非本征半导体载流子浓度第25页，课件共130页，创作于2023年2月

过剩载流子（非平衡载流子）由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子公式不成立载流子的产生和复合：电子和空穴增加和消失的过程电子空穴对：电子和空穴成对产生或复合第26页，课件共130页，创作于2023年2月漂移电流迁移率电阻率单位电场作用下载流子获得平均速度反映了载流子在电场作用下输运能力载流子的漂移运动：载流子在电场作用下的运动影响迁移率的因素第27页，课件共130页，创作于2023年2月影响迁移率的因素：有效质量m*平均弛豫时间t（散射〕体现在：温度和掺杂浓度对迁移率的影响。影响t长短的因素：半导体中载流子的散射机制；晶格散射（热运动引起）电离杂质散射（与掺杂浓度有关第28页，课件共130页，创作于2023年2月扩散电流：电子扩散电流：空穴扩散电流：爱因斯坦关系:

载流子的扩散运动：载流子在化学势作用下的运动Dn为电子扩散系数Dp为空穴扩散系数第29页，课件共130页，创作于2023年2月过剩载流子的扩散和复合漂移-扩散模型中半导体载流子的输运方程：过剩载流子的扩散过程扩散长度Ln和Lp:L=(D)1/2扩散项漂移项第30页，课件共130页，创作于2023年2月思考半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主载流子的输运、漂移、扩散、产生、复合第31页，课件共130页，创作于2023年2月第二章PN结1.PN结的结构IC中的PN结PN结第32页，课件共130页，创作于2023年2月PN结最显著的特点是具有整流特性，它只允许电流沿一个方向流动，不允许反向流动。2.PN结的单向导电性能P区为正、N区为负时，PN结为正向偏置P区为负、N区为正时，PN结为反向偏置第33页，课件共130页，创作于2023年2月正向偏置的PN结，电流随电压的增加而迅速增加。反向偏置的PN，电流很小基本可以忽略不计。第34页，课件共130页，创作于2023年2月3.平衡PN结空间电荷区－耗尽层空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子NP空间电荷区XMXNXP自建电场载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势第35页，课件共130页，创作于2023年2月PN结空间电荷区（耗尽区）形成的原因：载流子的漂移和扩散运动耗尽区载流子分布第36页，课件共130页，创作于2023年2月第37页，课件共130页，创作于2023年2月平衡PN结的能带：费米能级EF：反映了电子的填充水平某一个能级被电子占据的几率为：E=EF时，能级被占据的几率为1/2本征费米能级位于禁带中央如果没有外加偏压，费米能级处处相等第38页，课件共130页，创作于2023年2月自建势qVbi平衡时的能带结构自建场和自建势：(势垒、接触电势差)PN两边掺杂浓度越高，接触电势差越大；禁带宽度越大，ni越小，接触电势差越大；第39页，课件共130页，创作于2023年2月4.PN结的正向特性正向偏置时的能带图正向偏置时，扩散大于漂移，PN结的正向注入效应。N区P区空穴：扩散移动的非平衡载流子形成正向电流：电子：P区N区扩散扩散漂移漂移第40页，课件共130页，创作于2023年2月正向的PN结电流输运过程电流传输与转换（载流子的扩散和复合过程〕：N区电子在电场作用下漂移向XN，越过空间电荷区，经过XP注入P区，成为非平衡少子，并以扩散形式向XP’运动；在此过程中电子不断与右面过来的空穴复合，直到XP’处注入电子全部被复合，此时完全是空穴导电。但在任何一个截面处，电子和空穴电流之和相等。第41页，课件共130页，创作于2023年2月第42页，课件共130页，创作于2023年2月5.PN结的反向特性N区P区空穴：电子：P区N区扩散扩散漂移漂移漂移载流子形成反向电流：反向偏置时的能带图反向偏置时，漂移大于扩散，PN结的反向抽取作用。反向偏置的PN结电流公式与正向的相同，只是这里的V是负值。第43页，课件共130页，创作于2023年2月反向PN结的电流输运N区中离XN为扩散长度的区域内，XN’～XN区域产生的少子(空穴)有机会扩散到边界，在反向PN结的抽取作用下被拉到P区，成为多子漂移电流。同样P区的电子也类似。反向抽取使边界处的少子浓度减小，并随反向偏压的增大而很快趋于零，而边界处少子的浓度变化最大不超过平衡时的少子浓度，所以PN结反偏时，电流随电压增大而很快趋于饱和。第44页，课件共130页，创作于2023年2月6.PN结击穿PN结反偏时，电流很小，但当电压超过临界电压时，电流会突然增大。这一临界电压称为PN结的击穿电压。PN结的正向偏压一般为0.7V，而它的反向击穿电压一般可达几十伏，击穿电压与PN结的结构及P区和P区的掺杂浓度有关。普通PN的电压电流特性第45页，课件共130页，创作于2023年2月PN结击穿雪崩击穿:PN结反偏电压增大时，空间电荷区电场增强，通过空间电荷区的电子和空穴在电场作用下获得足够大的能量，当与晶格原子碰撞时可以使满带的电子激发到导带，形成电子-空穴对，这种现象成为“碰撞电离”。新的电子-空穴对又在电场作用下获得足够的能量，通过碰撞电离又产生更多的电子-空穴对，当反偏电压大到一定值后，载流子碰撞电离的倍增象雪崩一样，非常猛烈，使电流急剧增加，从而发生击穿。这种击穿是不可恢复的。齐纳/隧穿击穿：电子的隧道穿透效应在强电场的作用下迅速增加的结果。第46页，课件共130页，创作于2023年2月PN结电容：PN结空间电荷区的电荷以及两侧的载流子随外加偏压变化，因而PN结有电容效应。7PN结电容（势垒电容）Xm为空间电荷区宽度，它不是一个常数，它是随电压V变化的。反偏电压固定 反偏电压减小 反偏电压增大第47页，课件共130页，创作于2023年2月8PN结特性总结单向导电性：正向偏置反向偏置正向导通，注入效应，少数载流子扩散电流反向截止，抽取效应，少数载流子扩散电流正向导通电压Vbi~0.7V(Si)反向击穿电压Vrb在集成电路中，PN结不仅作为有元器件使用（整流、稳压等），也可以作为元件之间的电绝缘（称为PN结隔离）。PN结应用第48页，课件共130页，创作于2023年2月IC中的PN结PN结第49页，课件共130页，创作于2023年2月第三章双极晶体管第50页，课件共130页，创作于2023年2月引言双极型半导体三极管（亦称为晶体管）一般有三个电极（即三个引出脚），按工作性质亦分为高、低频晶体三极管；大功率、中功率和小功率晶体三极管；用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管，由于硅三极管工作稳定性较好，所以现在大部分三极管都是用硅材料做的。下面是一些三极管的外型。大功率低频三极管中功率低频三极管小功率高频三极管返回第51页，课件共130页，创作于2023年2月学习要点本节学习要点和要求双极型晶体管半导体三极管的结构晶体三极管常用参数的意义晶体三极管的放大原理共射电路输入特性曲线的意义共射电路输出特性曲线的意义返回第52页，课件共130页，创作于2023年2月半导体三极管特性主页一、晶体管结构简介二、晶体管的电流分配和放大作用三、晶体管的特性曲线结束四、半导体三极管(BJT)的主要参数双极型晶体管主页返回第53页，课件共130页，创作于2023年2月晶体管的特性

一、晶体管结构简介

1.晶体管的两种结构一、晶体管结构简介

1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成

1、双极型晶体管(BJT)结构简介继续第54页，课件共130页，创作于2023年2月2.晶体管的三个区一、晶体管结构简介继续2.晶体管有三个区:N集电区NP基区e发射极b基极c集电极发射区管芯结构剖面图

基区(P):很薄,空穴浓度较小——引出基极b.

发射区(N):与基区的接触面较小——引出发射极e.

集电区(N):与基区的接触面较大——引出集电极c.

1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成

以NPN型晶体管为例。第55页，课件共130页，创作于2023年2月发射极的电路符号继续一、晶体管结构简介

基区(P):很薄,空穴浓度较小——引出基极b.

发射区(N):与基区的接触面较小——引出发射极e.

集电区(N):与基区的接触面较大——引出集电极c.

1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成

注意：发射极的符号带箭头。PNP型ECBECBNPN型半导体三极管电路符号2.晶体管有三个区:第56页，课件共130页，创作于2023年2月3.晶体管的两个PN结一、晶体管结构简介

1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成

继续本页完PNP型ECBECBNPN型半导体三极管电路符号

NPN与PNP管具有几乎等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已。2.晶体管有三个区:

很显然，三极管有两个PN结，发射区与基区间的称为发射结，集电区与基区间的叫集电结。

第57页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配和放大作用

1.晶体管正常工作时各极电压的连接及作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性继续

顾名思义：发射区的作用是发射电子,集电区的作用是收集电子,下面以NPN型三极管为例分析载流子(即电子和空穴)在晶体管内部的传输情况。二、晶体管的电流分配与放大作用发射结集电结发射极集电极基极

发射结必须处于正向偏置——目的削弱发射结

集电结必须处于反向偏置——目的增强集电结VEEVCC+－+－ICN连接BJT各极间电压的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用2、晶体管的电流分配与放大作用第58页，课件共130页，创作于2023年2月动画演示NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续VEEVCCVCC+－+ICN发射结必须处于正向偏置——目的削弱发射结集电结必须处于反向偏置——目的增强集电结二、晶体管的电流分配与放大作用

分析集电结电场方向知,反向偏置有利于收集在基区的电子

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

发射结变薄有利于发射区的电子向基区扩散连接BJT各极间电压的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第59页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配与放大作用2.晶体管的电流分配

发射极电流的组成NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向2.晶体管的电流分配

发射极电流IE:主要由发射区的电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的由基区向发射区扩散的空穴电流(IEP)。继续IE=IEN+IEPIENVEEVCCVCC+－+ICN注意电流方向：电流方向与电子移动方向相反,与空穴移动方向相同。

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第60页，课件共130页，创作于2023年2月第61页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配与放大作用基极电流的形成NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

基极电流IB:基极电流主要由基区的空穴与从发射区扩散过来的电子复合而成。同时电源VEE又不断地从基区中把电子拉走,维持基区有一定数量的空穴。VEEVCCVCC+－+ICN2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性由于基区有少量空穴,所以从发射区扩散过来的电子在基区会被复合掉一些,形成基极电流。晶体管的电流分配晶体管的放大作用第62页，课件共130页，创作于2023年2月集极电流的形成二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

集电极电流IC:集电极电流主要由集电结收集从发射区扩散至基区的电子而成(ICN)。亦有由于基区和集电区的少子漂移作用而产生的很小的反向饱和电流ICBO。VEEVCCIC=ICN+ICBOICNVCC+－+ICN由于基区空穴的复合作用,集电区收集的电子数会比发射区扩散的电子数要小一些,即集电极电流IC比发射极电流IE要小一些。2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第63页，课件共130页，创作于2023年2月第64页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配与放大作用IE=IB+ICNNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

由电路分析的内容可知,三个电极之间的电流关系为：VEEVCCIE=IB+ICRbVEEVCCRLIB发射极与基极之间为正向偏置+－+－IE=IB+IC集电极与基极之间为反向偏置ICVCC+－+2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性三极管的三个极不管如何连接,这个关系是不会改变的。以后画电路时三极管就不再使用结构图而用电路符号图了。晶体管的电流分配晶体管的放大作用第65页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配与放大作用①系数的意义NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

①为了表示集电极收集发射区发射电子的能力,通常使用一个常数hfb()表示VEEVCChfb==iC／iE

RbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

iC和iE是表示通过三极管集电极和发射极电流的瞬时值.晶体管的电流分配晶体管的放大作用第66页，课件共130页，创作于2023年2月②系数的意义NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

②为了表示集电极电流是基极电流的倍数,通常使用一个常数hfe()表示VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+hfe==iC／iB

hfe()称为共发射极交流电流放大系数

二、晶体管的电流分配与放大作用2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第67页，课件共130页，创作于2023年2月③与之间的关系NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向继续本页完

③hfb()与hfe()之间的关系VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICIC

=

1－

VCC+－+二、晶体管的电流分配与放大作用联立下面三式可求出此关系式：iC=iBiC=iEiE=iC+iB

请同学们自己推导2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第68页，课件共130页，创作于2023年2月3.放大作用继续本页完二、晶体管的电流分配与放大作用3.放大作用三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。2.晶体管的电流分配

1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的放大作用第69页，课件共130页，创作于2023年2月(1)共射电路的组成继续本页完viVBBVCCRL1K+－+－ceb输入与输出回路共用发射极，所以称为共发射极放大电路。二、晶体管的电流分配与放大作用=49基极与发射极间组成输入回路3.放大作用(1)共射极放大电路集电极与发射极间组成输出回路晶体管共射极放大电路的组成共射极电路的电压放大原理三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。第70页，课件共130页，创作于2023年2月二、晶体管的电流分配与放大作用三个交变电流3.放大作用继续本页完(1)共射极放大电路viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－cebRL1K=49共射极电路的电压放大原理(2)共射电路的电压放大输出电路同时产生一个变化的电流。输入信号电压在输入回路上产生一个变化的电流。三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。变化的电流在负载电阻上产生一个变化电压。第71页，课件共130页，创作于2023年2月三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。二、晶体管的电流分配与放大作用3.放大作用(1)共射极放大电路(2)放大作用继续本页完这个放大电路的电压放大倍数为viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－ceb(2)共射电路的电压放大=49RL1K设输入信号电压变化vi=20mV,产生基极电流的变化量为iB=20A输出电流变化量为iC=iB=49×20A=980A=0.98mA变化的电流在负载电阻上产生的电压变化量为vO=-iCRL

=-0.98mA×1k=-0.98V共射极电路的电压放大原理AV=vo/vi=-0.98V/20mV=-49第72页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线

1.共射极电路的特性曲线输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。三、晶体管的特性曲线1.共射电路的特性曲线继续(1)输入特性VBBVCCIBICIE+－+－ceb三极管由于有三个极，放大电路由两个回路组成,所以其特性曲线有两组，一组为输入特性曲线，另一组为输出特性曲线。VCEVBE共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线3、型晶体管的特性曲线第73页，课件共130页，创作于2023年2月(1)输入特性曲线:输入特性的意义输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。三、晶体管的特性曲线(1)输入特性VBBVCC+－+－ceb输入特性曲线的作法VCE=常数继续VBE/VIB/AIB=f(VBE)|此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVCEVBE0第74页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(1)输入特性曲线：vCE=0V时先令VCC=0即VCE=0VBBVCC+－+－ceb继续令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)|

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=0V时的输入特性曲线。第75页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(1)输入特性曲线：vCE=0.5V时然后增大VCC使VCE0.5VVBBVCC+－+－ceb继续再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V0.5VVCE=0.5V1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)|

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=0V时的输入特性曲线。VCE=0.5V时的输入特性曲线。第76页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(1)输入特性曲线:vCE=1V时继续增大VCC使VCE1VVBBVCC+－+－ceb继续再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V1VVCE=0.5VVCE=1V1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)|

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=1V时的输入特性曲线。第77页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(1)输入特性曲线:vCE>1V时VBBVCC+－+－ceb继续本页完VCE=0V>1VVCE=0.5VVCE=1V1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)|

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.当VCE超过1V后输入特性曲线基本与VCE=1V的曲线重合。第78页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(1)输入特性曲线综述VBBVCC+－+－ceb继续本页完>1VVCE=1V1.共射电路的特性曲线

共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)|此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.三极管正常使用时VCE一般都超过1V，所以三极管的输入特性曲线一般只画出这一根曲线。第79页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性曲线

输出特性曲线的意义、画法动画显示(2)输出特性VBBVCC+－+－ceb输出特性曲线的作法IB=常数继续本页完输出特性曲线就是研究三极管ce之间集电极电流IC随ce间电压VCE的变化规律。

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|共射电路输出特性曲线作法演示1.共射电路的特性曲线

共射电路输出特性曲线IBICIEVCEVBE第80页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性绘输出特性曲线的过程继续本页完VCE/VIC/mAO先把IB调至某一固定值并保持不变。然后再调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化，记录下来。VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE某一固定IB时的输出曲线共射电路输出特性曲线作法演示1.共射电路的特性曲线

共射电路输出特性曲线输出特性曲线的作法IB=常数此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|根据记录可绘出IC随VE变化的伏安特性曲线,此曲线称为输出特性曲线。第81页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性绘输出特性曲线的过程继续本页完VCE/VIC/mAO再把IB调至稍小的另一固定值IB1并保持不变。仍旧调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化,记录下来。IB1IB2共射电路输出特性曲线作法演示重复此过程可绘出一组输出特性曲线1.共射电路的特性曲线

共射电路输出特性曲线VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE输出特性曲线的作法IB=常数此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|根据记录可绘出IC随VCE变化的另一根输出特性曲线。某一固定IB时的输出曲线第82页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性输出特性曲线的特点某一固定IB时的输出曲线IB1继续本页完VCE/VIC/mAOIB2共射电路输出特性曲线作法演示VCEQQICQIBQ1.共射电路的特性曲线

共射电路输出特性曲线VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE刚开始时,每一根输出特性曲线都很陡,表明IC随

VCE的

增

大而急剧增大。输出特性曲线的作法IB=常数

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|当VCE增至一定数值时(一般小于1V)输出特性曲线变得较为平坦段,表明IC基本不随VCE而变化。输出特性曲线是由一簇间隔基本均匀,比较平坦的平行直线组成的，每一根曲线上的一点都对应一组IBE、VCE和IC。第83页，课件共130页，创作于2023年2月三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性利用输出特性曲线求电流放大倍数IB1VCE/VIC/mAOIB2继续本页完取任意两条曲线的平坦段，读出其基极电流之差。hfe==ICIB=iCiBIB=IB1-IB2ICIC1IC2共射电路输出特性曲线作法演示从输出特性曲线可以求出三极管的交流电流放大系数hfe()(即输出电流的变化IC量是输入电流变化量IB的多少倍)。下面介绍求的方法。1.共射电路的特性曲线

共射电路输出特性曲线VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE再读出这两条曲线对应的集电极电流之差。第84页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管(BJT)的主要参数

1.与NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向四、半导体三极管的主要参数

1.电流放大系数hfe()和hfb()继续本页完VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+

①直流和交流

②直流和交流

电流放大系数(hfe)与极间反向电流ICBO、ICEO频率参数fhfe、fhfb、fT4、晶体管的主要参数极限参数ICM、VBR、PCM第85页，课件共130页，创作于2023年2月极间反向电流ICBO、ICEO频率参数fhfe、fhfb、fT极限参数ICM、VBR、PCM四、半导体三极管的主要参数2.极间反向电流

集基反向ICBO

穿透电流ICEONNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向2.极间反向电流继续本页完VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+

①集电极-基极反向饱和电流ICBO

②集电极-发射极反向饱和电流ICEO(习惯称为穿透电流)

1.电流放大系数hfe()和hfb()第86页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管的主要参数3.频率参数(1)共发射极截止频率fhfe三极管的放大倍数hfe和hfb在一定的频率范围内是不变的，但当频率增加到一定大小后，由于PN结电容的存在，都将随着频率的升高而下降，频率参数就是表征电流放大倍数随频率变化而变化的参数。3.频率参数

(1)共发射极截止频率fhfe继续共发射极截止频率fhfe

:设三极管在低频时的共射电流放大倍数为hfe0

(此时为最大值),当工作频率升高至使三极管的hfe下降至0.707hfe0

时所对应的工作频率，称为共发射极截止频率fhfe

。本页完频率参数fhfe、fhfb、fT极限参数ICM、VBR、PCMfhfef0|hfe|0.707|hfe0|由曲线知，hfe在较低频率段是不变，数值为hfe0，但当频率高于某一数值后，hfe开始下降。|hfe0|这个频率fhfe

就称为共射极截止频率。在工程上一般认为此时三极管已经没有放大能力，所以三极管是不能在此频率的范围外工作的。···第87页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管的主要参数3.频率参数(1)共发射极截止频率fhfe共射电流放大倍数与频率的关系为讨论曲线的来源继续本页完频率参数fhfe、fhfb、fT极限参数ICM、VBR、PCMf0fhfefhfe=·|hfe0|·1+j因为hfe是相量，所以必须写成复变量形式，其模(即电流放大倍数的数值)为(f/fhfe

)2|hfe

|

=·|hfe0|·1+由此可绘出如右图所示的共射电流放大倍数随频率变化的曲线。共发射极截止频率fhfe

:设三极管在低频时的共射电流放大倍数为hfe0

(此时为最大值),当工作频率升高至使三极管的hfe下降至0.707hfe0

时所对应的工作频率，称为共发射极截止频率fhfe

。fhfe|hfe|0.707|hfe0||hfe0|···第88页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管的主要参数3.频率参数

(2)共基极截止频率fhfb(2)共基极截止频率fhfb继续同理,共基极截止频率fhfb

:设三极管在低频时的共基电流放大倍数为hfb0(此时为最大值),当工作频率升高至使三极管的hfb下降至0.707hfb0

时所对应的工作频率，称为共基极截止频率fhfb

。本页完频率参数fhfe、fhfb、fT极限参数ICM、VBR、PCMfhfbf0|hfb|0.707|hfb0||hfb0|(1)共发射极截止频率fhfe

共基极截止频率fhfb远大于共发射极截止频率fhfe

，其关系式如下：fhfb

=(1+|hfe0|·)fhfe

在正常情形下hfeo>>1,所以有fhfb

>>fhfe

所以在高频段和宽频带的放大器中，多使用共基电路。

···如在电视机的第一级与天线相连的高频接收器（俗称高频头）中，基本上都使用共基极电路。因为电视信号的频率都比较高。

第89页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管的主要参数3.频率参数

(2)共基极截止频率fhfb(3)特征频率fT继续当共射极电流放大倍数hfe下降到等于1时所对应的频率，称为特征频率fT

。本页完频率参数fhfe、fhfb、fT极限参数ICM、VBR、PCMfTf0|hfe|1|hfe0|(1)共发射极截止频率fhfe

(3)特征频率fT··第90页，课件共130页，创作于2023年2月四、半导体三极管的主要参数4.极限参数(1)集电极最大允许电流ICM所谓三极管的极限参数就是三极管工作时不允许超过的一些指标,使用中若超过这些参数三极管就不能正常工作甚至会损坏。4.极限参数

(1)集电极最大允许电流ICM继续

ICM是指集电极电流增大使下降到额定值的2/3时,所达到的集电极电流值.

使用中若超过此值,晶体管的就会达不到要求,长时间工作还可能会损坏管子。本页完极限参数ICM、VBR、PCM第91页，课件共130页，创作于2023年2月(2)反向击穿电压

①V(BR)CEO(2)反向击穿电压V(BR)

V(BR)CEO是指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压.V(BR)CEO①集发间的反向击穿电压V(BR)CEO继续本页完四、半导体三极管的主要参数(1)集电极最大允许电流ICMc基极开路ebVCCV(BR)CEO使用中若超过此值,晶体管的集电结就会出现雪崩击穿。4.极限参数极限参数ICM、VBR、PCM第92页，课件共130页，创作于2023年2月(2)反向击穿电压V(BR)①集发间的反向击穿电压V(BR)CEO②V(BR)EBO

V(BR)EBO是指集电极开路时发射极与基极间的反向击穿电压.

使用中若超过此值,晶体管的发电结就可能会击穿。V(BR)CEO②发基间的反向击穿电压V(BR)EBO继续本页完+－晶体管工作在放大状态时发基极一般是处于正向偏置+－但在某些场合(如作电子开关使用时),发基极会处于反向偏置,这时就要考虑V(BR)EBO四、半导体三极管的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM4.极限参数极限参数ICM、VBR、PCM第93页，课件共130页，创作于2023年2月(2)反向击穿电压V(BR)①集发间的反向击穿电压V(BR)CEO②发基间的反向击穿电压V(BR)EBO③V(BR)CBO

V(BR)CBO是指发射极开路时集电极与基极间的反向击穿电压,其数值较高.

使用中若超过此值,晶体管的集电结就可能会产生雪崩击穿。V(BR)CEO继续本页完+－晶体管工作在放大状态时发基极处于正向偏置(电压较小),③集基间的反向击穿电压V(BR)CBO+－+－集发处于反偏(电压较大),所以集基间是处于反偏状态的。四、半导体三极管的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM4.极限参数极限参数ICM、VBR、PCM第94页，课件共130页，创作于2023年2月(2)反向击穿电压V(BR)(3)集电极最大允许功率损耗PCM

PCM是指集电结上允许损耗功率的最大值.

集电结上有电流和电压,会产生一定的热功率,热功率达到一定的数值后产生的热量会损坏集电结,PCM就是规定了晶体管在使用中的热功率不能超过此值。V(BR)CEO继续(3)集电极最大允许功率损耗PCM确定了PCM后,晶体管在使用过程中流过集电结的电流iC和电压vCE的乘积不能超过此值。即PCM≥iCvCE

晶体管在使用过程中集电结的功率PC<PCM=iCvCE,则晶体管是安全的,若超过此值晶体管就可能会损坏。

根据PCM=iCvCE

,在输出特性曲线上作一曲线(属反比例曲线）,曲线外是不安全区,曲线内是安全区。不安全区四、半导体三极管的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM4.极限参数极限参数ICM、VBR、PCM第95页，课件共130页，创作于2023年2月(2)反向击穿电压V(BR)(3)集电极最大允许功率损耗PCM确定了PCM后,晶体管在使用过程中流过集电结的电流iC和电压vCE的乘积不能超过此值。

即PCM≥iCvCE晶体管在使用过程中集电结的功率PC<PCM=iCvCE,则晶体管是安全的,若超过此值晶体管就可能会损坏。

根据PCM=iCvCE

,在输出特性曲线上作一曲线(属反比例曲线）,曲线外是不安全区,曲线内是安全区。晶体管工作安全区(结束页)很显然,由ICM、V(BR)CEO和PCM三条曲线所包围的区域才是晶体管工作的安全区.

在此区域内晶体管的三个参数都不超出其极限参数。V(BR)CEO继续本页完不安全区安全区四、半导体三极管的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM4.极限参数极限参数ICM、VBR、PCM本节学习完毕，单击返回,返回学习主页，单击结束,结束学习。返回半导体三极管特性主页结束结束第96页，课件共130页，创作于2023年2月半导体三极管(BJT)的参数共射极电流放大系数IBRbVEEVCCRL+－+－IEIC直流电流放大系数hFE()

三极管通过直流电时：hFE==IC

IB三极管通过变化信号时：IE、IC、IB均是直流电晶体管(BJT)的hFE

、hfe(或写为、)交流电流放大系数hfe()

学习过程中只需单击此按钮，即可返回入口处。第97页，课件共130页，创作于2023年2月半导体三极管(BJT)的参数

IBRbVEEVCCRL+－+－IEIChfe==IC

IBiE、iC、iB均是变化的电流返回晶体管(BJT)的hFE

、hfe(或写为、)共射极电流放大系数直流电流放大系数hFE()

三极管通过直流电时：hFE==IC

IB三极管通过变化信号时：交流电流放大系数hfe()

第98页，课件共130页，创作于2023年2月半导体三极管(BJT)的参数共基极电流放大系数直流

和交流三极管通过直流电时：

hFB==IC

IE三极管通过变化信号时：IBRbVEEVCCRL+－+－IEICIE、IC、IB均是直流电晶体管(BJT)的hFB

、hfb(或写为、)第99页，课件共130页，创作于2023年2月半导体三极管(BJT)的参数

hfb=

=iC

iE

IBRbVEEVCCRL+－+－IEICiE、iC、iB均是变化的电流三极管通过变化信号时：返回共基极电流放大系数直流

和交流三极管通过直流电时：

hFB==IC

IE晶体管(BJT)的hFB

、hfb(或写为、)第100页，课件共130页，创作于2023年2月集基反向饱和电流ICBO晶体管(BJT)的集-基反向饱和电流ICBO集-基反向饱和电流ICBO

ICBO就是当发射极开路,在cb间加上一个反向电压时产生的电流。

ICBO很小,与VCC变化无关,在一定的温度下是一个常量,所以称为饱和电流。c发射极开路ebVCCICBO但ICBO受温度变化的影响很显著。

ICBO小,三极管的质量好,ICBO大则管子的质量不好。硅管的ICBO远比锗管的小,所以硅管工作状态较稳定。返回第101页，课件共130页，创作于2023年2月穿透电流ICEO晶体管(BJT)的集-发反向饱和电流ICEO集-发反向饱和电流ICEO

ICEO就是当基极开路,在ce间加上一个反向电压时产生的集电极电流。

ICEO也是很小的,但比ICBO大倍，其值在一定的温度下也是一个常量,所以称为饱和电流。c基极开路ebVCCICEO

ICEO受温度变化的影响也很显著。

ICEO小,三极管的质量好,ICEO大则管子的质量不好。硅管的ICEO远比锗管的小,所以硅