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晶体二极管 三极管 MOS原理

目 录 1 概念 2 PN结 3 晶体二极管 4 晶体三极管 5 MOS晶体管

概念

? 金、银、铜、铁等容易导电的物体。 ? 绝缘:塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等不易导电或完全不导电的物体。 ? 导(Si)、锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是4价元素,原子最外层轨道上有4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类型半导体:在纯半导体硅或锗(4价)中加入硼、铝等3价元素,由于原子最外层只有3价电子,因此在共价键结构中,由于缺乏价电子,这种混合半导体主要依靠穴位运动,称为穴位半导体或P型半导体,穴位为大多数载流子,热刺激自由电子为少数载流子。

在这里插入图片描述

PN结

PN结:将一个半导体的一侧与P型半导体混合,另一侧与N型半导体混合,在两个半导体的交界面处形成特殊的薄层。 载流子在半导体中有两种运动方式:扩散运动和漂移运动。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,载流子将从高浓度区域向低浓度区域移动,称为扩散 扩散和漂移达到动态平衡,形成一定宽度PN形成空间电荷区产生内电场

正向电压-正向偏置

与内电场相反,内电场被削弱,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,形成较大的正电流,此时称为PN结处于低阻导通状态。

PN 结加反向电压(反向偏置)

电流方向相反,导通截止日期

晶体二极管

? 概念 一个PN结合相应的电极导线,用管壳包装,形成半导体二极管,简称二极管。符号使用VD表示。 根据其结构不同,半导体二极管可分为点接触型和面接触型。 点接触二极管PN结面积小,结电容小,多用于高频检测脉冲数字电路中的开关元件。 表面接触二极管PN结面积大,结电容小,允许电流大,多用于低频整流、检波等电路。 ? 特性 正向特征(导通) 反向特征(截止) 反向击穿

晶体三极管

概念

半导体三极管是由两个背靠背的PN结构。其重要特点是电流放大和开关,通常是平面和合金。在工作过程中,两种载流子(电子和空穴)都参与导电,因此也称为双极晶体管,称为晶体管或三极管。 两个PN将半导体分为三个区域(三区两结)。这三个区域的排列可以是N-P-N,也可以是P-N-P。因此,双极三极管有两种类型:NPN型和PNP型。

NPN型

PNP型

半导体三极管在放大状态下工作

条件: 内部:发射区高掺杂,基区薄,集电结面积大 外部:发射结正偏,集电结反偏 大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收,少量电子N基极与空穴复合。N2和N1的比例由三极管内部结构决定。ICBO时: IC/IB=N2/N1=β

MOS晶体管

概念 NMOS,指利用电子传导电信号的金氧半晶体管。NMOS电路符号如下图所示,其结构图如左图所示,由负掺杂形成的漏极和源极与氧化层上的闸极组成。

PMOS,指利用空穴传递导电信号的金氧半导体。PMOS电路符号如下图所示,其结构如右图所示,是正式掺杂形成的漏极(drain)及源极(source),与闸极(gate)由闸极下的氧化层组成。

NMOS

N沟道增强型MOSFET的结构

以P型半导体为衬底,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。 两个高掺杂的N型区域扩散。从而形成两个PN结。(绿色部分) 从N型区引出的电极是漏极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符号如左图所示。左衬底内部与源极相连,右衬底无连接,使用时需在外部连接。

N沟道增强型MOSFET的工作原理

增强N沟通MOS场效应三极管的工作原理分为两个方面进行讨论,一是栅源电压UGS会影响沟通,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=加入栅源电压UGS未来不断增长。UGS给栅极正电荷带来正对SiO从而形成一层负离子层,即耗尽层,用绿色区域表示。同时,一定的电子电荷会在栅极下的表面产生。如果电子数量较多,则可在泄漏源之间形成导电沟。电子与P型衬底的多子导电性相反,称为反型层。此时若加上UDS ,会有漏极电流ID产生。当UGS虽然添加时间较小,但无法形成有效的沟渠UDS ,也不能形成ID 。当增加UGS,使ID刚出现时,对应UGS称为开启电压,使用UGS(th)或UT表示。

漏源电压UDS的控制作用

设UGS>UGS(th),增加UDS,此时,沟渠的变化如下。 显然,由于源极与衬底连接,泄漏电压会影响通道,因此添加UDS后, UDS沿漏到源逐渐落入沟内,漏极与衬底反偏最大,PN结的宽度最大。因此添加UDS之后,漏源之间会形成倾斜PN结区,从而影响沟的导电性。 当UDS当进一步增加时, ID它会继续增加。同时,漏端耗尽层向上移动,漏端会出现夹断。这种状态称为预夹断。 当UDS当进一步增加时, 泄漏端的耗尽层向源极伸展,此时ID基本不增加,增加UDS夹断区基本降落。

N沟道耗尽型MOSFET

N沟道耗尽型MOSFET结构和符号如下图所示,在栅极下方SiO一定量的正离子混合在绝缘层中。UGS=0时,这些正离子已经感应到电子形成导电沟。因此,只要有漏电电压,就会有漏电电流。

场效应管符号的说明

如果是P沟道,箭头则向外

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