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    • 发布时间:2021-09-01 18:45:47
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    二极管,三极管,MOS管的原理详情
    PN结 二极管 三极管 MOS管
    导体:很容易导电的物体,如金、银、铜、铁等。
    绝缘体:不容易导电或者完全不导电的物体,如塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。
    半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质,如硅(Si)、锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是4价元素,原子的最外层轨道上有4个价电子。
    N型半导体:在纯净半导体硅或锗(4价)中掺入磷、砷等5价元素,由于这类元素的原子最外层有5个价电子,故在构成的共价键结构中,由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子,这种半导体主要靠自由电子导电,称为电子半导体或N型半导体,其中自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子。
     P型半导体:在纯净半导体硅或锗(4价)中掺入硼、铝等3价元素,由于这类元素的原子最外层只有3个价电子,故在构成的共价键结构中,由于缺少价电子而形成大量空穴,这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动,称为空穴半导体或P型半导体,其中空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    PN结
    PN结:将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体,另一侧掺杂成N型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    二极管 三极管 MOS管 原理
    半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。
    在半导体中,如果载流子浓度分布不均匀,因为浓度差,载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动,这种运动称为扩散
    扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结,形成空间电荷区产生内电场
    外加正向电压-正向偏置
    外加电场与内电场方向相反,内电场削弱,扩散运动大大超过漂移运动,N区电子不断扩散到P区,P区空穴不断扩散到N区,形成较大的正向电流,这时称PN结处于低阻导通状态。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    PN 结加反向电压(反向偏置)
    电流方向相反,导通截止
    晶体二极管
    • 概念
    一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来,就构成了半导体二极管,简称二极管。符号用VD表示。
    半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。
    点接触型二极管PN结面积很小,结电容很小,多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。
    面接触型二极管PN结面积大,结电容也小,允許通过电流大,多用在低频整流、检波等电路中。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    • 特性
    正向特性(导通)
    反向特性(截止)
    反向击穿
    二极管 三极管 MOS管 原理
    晶体三极管
    概念
    半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。重要特性是具有电流放大作用和开关作用,常见的有平面型和合金型两类。在工作过程中,两种载流子(电子和空穴)都参与导电,故又称为双极型晶体管,简称晶体管或三极管。
    两个PN结,把半导体分成三个区域(三区二结)。这三个区域的排列,可以是N-P-N,也可以是P-N-P。因此,双极型三极管有两种类型:NPN型和PNP型。
    NPN型
    二极管 三极管 MOS管 原理
    PNP型
    二极管 三极管 MOS管 原理
    工作于放大状态的半导体三极管
    条件:
    内部:发射区高掺杂,基区很薄,集电结面积大
    外部:发射结正偏,集电结反偏
    二极管 三极管 MOS管 原理
    二极管 三极管 MOS管 原理
    大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收,少量电子N1在基极与空穴复合。N2和N1的比例由三极管内部结构决定。在不考虑ICBO时:
    IC/IB=N2/N1=β
    MOS晶体管
    概念
    NMOS,指的是利用电子来传导电性信号的金氧半晶体管。NMOS的电路符号如下图,而其结构图如左图所示,是由负型掺杂形成的漏极与源极,与在氧化层上的闸极所构成。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    PMOS,指的是利用空穴來传导电性信号的金氧半导体。PMOS的电路符号如下图,而其结构则如右图所示,是由正型掺杂形成的漏极(drain)及源极(source),与闸极(gate)及闸极下面的氧化层所构成。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    NMOS
    N沟道增强型MOSFET的结构
    取一块P型半导体作为衬底,用B表示。
    用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层。
    然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。
    扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。(绿色部分)
    从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。
    在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
    N沟道增强型MOSFET的符号如左图所示。左面的一个衬底在内部与源极相连,右面的一个没有连接,使用时需要在外部连接。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    二极管 三极管 MOS管 原理
    N沟道增强型MOSFET的工作原理
    对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理,分两个方面进行讨论,一是栅源电压UGS对沟道会产生影响,二是漏源电压UDS也会对沟道产生影响,从而对输出电流,即漏极电流ID产生影响。
    栅源电压UGS的控制作用
    先令漏源电压UDS=0,加入栅源电压UGS以后并不断增加。UGS带给栅极正电荷,会将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走,从而形成一层负离子层,即耗尽层,用绿色的区域表示。同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷,若电子数量较多,从而在漏源之间可形成导电沟道。沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反,称为反型层。此时若加上UDS ,就会有漏极电流ID产生。当UGS较小时,不能形成有效的沟道,尽管加有UDS ,也不能形成ID 。当增加UGS,使ID刚刚出现时,对应的UGS称为开启电压,用UGS(th)或UT表示。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    漏源电压UDS的控制作用
    设UGS>UGS(th),增加UDS,此时沟道的变化如下。
    显然漏源电压会对沟道产生影响,因为源极和衬底相连接,所以加入UDS后, UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内,漏极和衬底之间反偏最大,PN结的宽度最大。所以加入UDS后,在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区,从而影响沟道的导电性。
    当UDS进一步增加时, ID会不断增加,同时,漏端的耗尽层上移,会在漏端出现夹断,这种状态称为预夹断。
    当UDS进一步增加时, 漏端的耗尽层向源极伸展,此时ID基本不再增加,增加的UDS基本上降落在夹断区。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    N沟道耗尽型MOSFET
    N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如下图所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。所以当UGS=0时,这些正离子已经感生出电子形成导电沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。
    二极管 三极管 MOS管 原理
    当UGS=0时,对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS>0时,将使ID进一步增加。UGS<0时,随着UGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压,用符号UGS(off)表示,有时也用UP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如右上图所示。
    场效应管符号的说明
    二极管 三极管 MOS管 原理
    如果是P沟道,箭头则向外
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