各种晶体管的运作机理

1、各种晶体管的运作机理晶体三极管(BIT)金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）隧道场效应管（TFET）晶体三极管 晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称之为双极型晶体管（BJT）.又称为半导体三极管。 晶体管的结构 根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就形成晶体管。晶体三极管 采用平面工艺制成的NPN型硅材料晶体管如图所示，位于中间的P区成为基区，它很薄且杂质浓度很低；位于上层的N区是发射区，掺杂浓度很高；位于下层的N区是集电区，面积很大。晶体三极管EI散运动形成发射极电流发射结加正向电压，扩. 1BI基极电流与空穴的复合运动形成扩散到基区

2、的自由电子. 2CI移运动形成集电极电流集电结加反向电压，漂. 3BCEIIIBCII /BCII /晶体三极管 场效应管（FET） 场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。 由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称为单极型晶体管金属氧化物半导体（MOSFET）利用栅极电压来控制漏极电流种类：按导电沟道分为P沟道和N沟道按栅极电压幅值分为：耗尽型和增强型金属氧化物半导体（MOSFET） N沟道增强型MOS管作为例子 结构低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两个高掺杂的N区，引出源极s和漏极d,半导体上制作一层二氧化硅绝缘层，再在二氧化硅上制作一层金属铝，引出电极

3、，作为栅极g,通常将衬底和源极接在一起使用。 栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。当栅-源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小金属氧化物半导体（MOSFET） 工作原理 当栅-源之间不加电压时，即使漏源之间加电压，也不会有漏极电流。.-.-,00)()()(22GSDDSDDSDSthGSGDDSDDSDSthGSGSGSthGSGSGSDSiuiuuUuuiuusdUuuUNuSiOSiOuu几乎仅决定于区，而变化，管子进入恒流的增大几乎不因流的阻力。从外部看，于克服夹断区对漏极电的增大部分几乎全部用延长。而且继续增大，夹断区随之。如果现夹

4、断点，称为预夹断时，沟道在漏极一侧出增大到使所示。一旦漏方向逐渐变窄，如图线性增大，沟道沿源的增大使较小时，当产生一定的漏极电流。之间加正向电压，则将一个确定值时，若在的是大于电沟道电阻愈小。当愈大，反型层愈厚，导源电压为开启电压沟道刚刚形成的栅源之间的导电沟道。使层构成了漏称为反型层，这个反型型薄层一个绝缘层之间，形成由电子吸引到耗尽层和，另一方面将衬底的自时，一方面耗尽层增宽增大形成耗尽层。当不能移动的负离子区，一侧的空穴，使之剩下排斥衬底靠近集正电荷，。但是栅极金属层将聚的存在，栅极电流为零时，由于且当金属氧化物半导体（MOSFET） 特征曲线与电流方程 下图a,b分别为N沟道增强型MO

5、S管的转移特性曲线和输出特性曲线 MOS管有三个工作区域：可变电阻区，恒流区及夹断区隧道场效应晶体管(TFET) 结构示意图图1所示分别为典型的N型和P型TFET结构示意图。由图看出，对于N型TFET来说，其源区为P型重掺杂，沟道区为本征掺杂或弱N型掺杂，漏区仍为N型重掺杂，而P型TFET则正好相反。隧道场效应晶体管(TFET) 普通MOSFET的工作原理是利用外加栅电压形成的栅极电场引起器件沟道区由耗尽状态逐步变为反型状态，从而导致器件由关断转为导通。而TFET则是利用栅电压控制半导体中载流子的带-带隧穿过程（Band to band tunneling）隧道场效应晶体管(TFET) 以N型

6、TFET为例，当没有外加栅电压时，由于器件源区是P型重掺杂，源区的费米带尾效应被沟道区的禁带切断，其导带中的电子浓度基本可以忽略。而由于源区与沟道区之间存在耗尽区，沟道区费米能级处于禁带中间，其价带中的电子没有几率隧穿到沟道区，此时TFET处于关断状态，且其关态电流远小于普通的MOS器件，当外加栅电压逐渐增大时，沟道区的能带不断下降，当沟道区的导带弯曲到源区的价带以下时，两边的能带对齐，就会出现从源区隧穿到沟道区的净电流，器件也在数案件由关断状态进入到导通状态，所以在理论上说TFET器件具有很好的亚阈值特性电流主要取决于隧穿强度。网格划分及半导体结构 如下图1 红色部分是P型半导体，绿色部分是N型半导体，其余部分是绝缘体。硅的相对介电常数是11.9，长度单位为nm。 P型半导体（20,14,14）到（58,15.5,15.5） N型半导体部分是（0,14,14）到（20,15.5,15.5）和（58,14,14）到（78,15.5 15.5）。网格划分及半导体结构00 y/nmx/nm图1 电压设置见下图2：