双极型晶体管的开关速度极快,能达到十亿分之一秒一次。要达到这么高的速度,晶体管要一直保持“开”的状态。这就意味基极,也就是双极型电路的侧面需要一直有电压供给。要想达到这个目的,其中一个弊端就是晶体管会发热,这种热最终会影响电路的工作,这就是为什么早期的基于双极型晶体管的电脑需要冷气扇或者在有空调的条件下工作的原因。

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肖特基势垒双极型晶体管:前面提到的肖特基势垒二极管的原理被用在一些双极型品体管中(参见下图)。在这种结构中,基极必须延伸到集电极区域内。被金属覆盖后,基极和集电极之间就形成了Schottky二极管,从而形成一个较快响应速度的晶体管。在电路中,当有成千上万个晶体管一起工作时,晶体管开关所需要的时间(开关速度)是非常关键的因素。

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场效应晶体管(FET)

 

金属栅型MOS场效应晶体管:早在1948年,Wilham Schockley注意到了另一种工作类型的晶体管,也就是由于场效应引起电流流动的晶体管。这种效应发展成了场效应晶体管(参见下图),直到现在,在MOS电路的设计中,它仍然是很受欢迎的。MOS晶体管与双极型的晶体管,都有三个区域,三个接触点(由两个结形成的),但在不同的晶体管中会有不同的结构。都与前面所讲的水系统相似。电流从有源极(水箱)流出经过介电物质栅(阀)流人漏极(水桶)。

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一个MOS场效应晶体管的栅极与双极型晶体管的基极是通过不同的机理来控制电流的。下图所示的MOS结构就是一个简单的金属栅型电容器,它的运行方式与其他电容器一样。如果在栅极加上电压(栅电压),半导体的表面就产生了场效应(field effect)。在上电极的正下方晶圆的表面,这种效应可能是电荷的积累或者电荷的耗尽。是哪种效应要看栅极下面晶圆中掺杂的类型和栅极电压的极性。

 

电荷的积累和耗尽会在栅极下面产生一个隧道,从而导通源漏极。这样可以说半导体的表面被反型了(inverted)。通常在源极加上电压,而把漏极接地相对源。在这种情况下,电流就开始沿着反型的表面产生的电连接的沟道流动。这样源漏极就短接在一起了。给栅极所加的电压越大,所产生的隧道的尺寸就越大,就允许更大的电流通过晶体管(参见前面通过控制加在栅极的电压,可以把MOS晶体管作为开关器件(通/断)或者放大器件。但是,MOS晶体管是一个电压放大器,而不像双极型晶体管是一个电流放大器。

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如果源漏极是N型的,并且是在p型的晶圆中生成的,那么隧道是N型的才能导通源漏极。这种类型的MOS晶体管称为N型沟道。若是p型源漏极的MOS晶体管,则叫p型沟道。大部分高性能的MOS晶体管电路都是N型沟道,这是因为在N型沟道中电子有更高的迁移率。与P型沟道的晶体管的相比,这种迁移率使N型沟道的晶体管有更快的工作速度和更低的功耗。我们通常所说的FET管一般是指N型沟道(NMOS)的FET。下图就是N型沟道金属栅MOS晶体管形成的主要步骤。

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