各種晶體管的運(yùn)作機(jī)理

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)體場效應(yīng)管（MOSFET）隧道場效應(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。晶體三極管晶體三極管場效應(yīng)管（FET）場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來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，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。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MOS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來說，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-帶隧穿過程（Bandtobandtunneling）隧道場效應(yīng)晶體管

(TFET)以N型TFET為例，當(dāng)沒有外加?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（78,15.515.5）。網(wǎng)格劃分及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)y/nmx/nm圖1電壓設(shè)置見下圖2：（0,14,14）到（0,15.5,15.5）面上設(shè)置電壓為零