各種晶體管的運(yùn)作機(jī)理

1、各種晶體管的運(yùn)作機(jī)理晶體三極管(BIT)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）隧道場(chǎng)效應(yīng)管（TFET）晶體三極管 晶體三極管中有兩種帶有不同極性電荷的載流子參與導(dǎo)電，故稱之為雙極型晶體管（BJT）.又稱為半導(dǎo)體三極管。 晶體管的結(jié)構(gòu) 根據(jù)不同的摻雜方式在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)，就形成晶體管。晶體三極管 采用平面工藝制成的NPN型硅材料晶體管如圖所示，位于中間的P區(qū)成為基區(qū)，它很薄且雜質(zhì)濃度很低；位于上層的N區(qū)是發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高；位于下層的N區(qū)是集電區(qū)，面積很大。晶體三極管EI散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò). 1BI基極電流與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成擴(kuò)散到基區(qū)

2、的自由電子. 2CI移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流集電結(jié)加反向電壓，漂. 3BCEIIIBCII /BCII /晶體三極管 場(chǎng)效應(yīng)管（FET） 場(chǎng)效應(yīng)管是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。 由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱為單極型晶體管金屬氧化物半導(dǎo)體（MOSFET）利用柵極電壓來(lái)控制漏極電流種類：按導(dǎo)電溝道分為P溝道和N溝道按柵極電壓幅值分為：耗盡型和增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體（MOSFET） N溝道增強(qiáng)型MOS管作為例子 結(jié)構(gòu)低摻雜的P型硅片為襯底，利用擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜的N區(qū)，引出源極s和漏極d,半導(dǎo)體上制作一層二氧化硅絕緣層，再在二氧化硅上制作一層金屬鋁，引出電極

3、，作為柵極g,通常將襯底和源極接在一起使用。 柵極和襯底各相當(dāng)于一個(gè)極板，中間是絕緣層，形成電容。當(dāng)柵-源電壓變化時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小金屬氧化物半導(dǎo)體（MOSFET） 工作原理 當(dāng)柵-源之間不加電壓時(shí)，即使漏源之間加電壓，也不會(huì)有漏極電流。.-.-,00)()()(22GSDDSDDSDSthGSGDDSDDSDSthGSGSGSthGSGSGSDSiuiuuUuuiuusdUuuUNuSiOSiOuu幾乎僅決定于區(qū)，而變化，管子進(jìn)入恒流的增大幾乎不因流的阻力。從外部看，于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電的增大部分幾乎全部用延長(zhǎng)。而且繼續(xù)增大，夾斷區(qū)隨之。如果現(xiàn)夾

4、斷點(diǎn)，稱為預(yù)夾斷時(shí)，溝道在漏極一側(cè)出增大到使所示。一旦漏方向逐漸變窄，如圖線性增大，溝道沿源的增大使較小時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生一定的漏極電流。之間加正向電壓，則將一個(gè)確定值時(shí)，若在的是大于電溝道電阻愈小。當(dāng)愈大，反型層愈厚，導(dǎo)源電壓為開(kāi)啟電壓溝道剛剛形成的柵源之間的導(dǎo)電溝道。使層構(gòu)成了漏稱為反型層，這個(gè)反型型薄層一個(gè)絕緣層之間，形成由電子吸引到耗盡層和，另一方面將襯底的自時(shí)，一方面耗盡層增寬增大形成耗盡層。當(dāng)不能移動(dòng)的負(fù)離子區(qū)，一側(cè)的空穴，使之剩下排斥襯底靠近集正電荷，。但是柵極金屬層將聚的存在，柵極電流為零時(shí)，由于且當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體（MOSFET） 特征曲線與電流方程 下圖a,b分別為N溝道增強(qiáng)型MO

5、S管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線 MOS管有三個(gè)工作區(qū)域：可變電阻區(qū)，恒流區(qū)及夾斷區(qū)隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET) 結(jié)構(gòu)示意圖圖1所示分別為典型的N型和P型TFET結(jié)構(gòu)示意圖。由圖看出，對(duì)于N型TFET來(lái)說(shuō)，其源區(qū)為P型重?fù)诫s，溝道區(qū)為本征摻雜或弱N型摻雜，漏區(qū)仍為N型重?fù)诫s，而P型TFET則正好相反。隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET) 普通MOSFET的工作原理是利用外加?xùn)烹妷盒纬傻臇艠O電場(chǎng)引起器件溝道區(qū)由耗盡狀態(tài)逐步變?yōu)榉葱蜖顟B(tài)，從而導(dǎo)致器件由關(guān)斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。而TFET則是利用柵電壓控制半導(dǎo)體中載流子的帶-帶隧穿過(guò)程（Band to band tunneling）隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET) 以N型

6、TFET為例，當(dāng)沒(méi)有外加?xùn)烹妷簳r(shí)，由于器件源區(qū)是P型重?fù)诫s，源區(qū)的費(fèi)米帶尾效應(yīng)被溝道區(qū)的禁帶切斷，其導(dǎo)帶中的電子濃度基本可以忽略。而由于源區(qū)與溝道區(qū)之間存在耗盡區(qū)，溝道區(qū)費(fèi)米能級(jí)處于禁帶中間，其價(jià)帶中的電子沒(méi)有幾率隧穿到溝道區(qū)，此時(shí)TFET處于關(guān)斷狀態(tài)，且其關(guān)態(tài)電流遠(yuǎn)小于普通的MOS器件，當(dāng)外加?xùn)烹妷褐饾u增大時(shí)，溝道區(qū)的能帶不斷下降，當(dāng)溝道區(qū)的導(dǎo)帶彎曲到源區(qū)的價(jià)帶以下時(shí)，兩邊的能帶對(duì)齊，就會(huì)出現(xiàn)從源區(qū)隧穿到溝道區(qū)的凈電流，器件也在數(shù)案件由關(guān)斷狀態(tài)進(jìn)入到導(dǎo)通狀態(tài)，所以在理論上說(shuō)TFET器件具有很好的亞閾值特性電流主要取決于隧穿強(qiáng)度。網(wǎng)格劃分及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 如下圖1 紅色部分是P型半導(dǎo)體，綠色部分是N型半導(dǎo)體，其余部分是絕緣體。硅的相對(duì)介電常數(shù)是11.9，長(zhǎng)度單位為nm。 P型半導(dǎo)體（20,14,14）到（58,15.5,15.5） N型半導(dǎo)體部分是（0,14,14）到（20,15.5,15.5）和（58,14,14）到（78,15.5 15.5）。網(wǎng)格劃分及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)00 y/nmx/nm圖1 電壓設(shè)置見(jiàn)下圖2：