[科普中国]-单极晶体管

在目前使用的pnp或npn面结型晶体管的工作中，包括金属-氧化物-半导体晶体管在内的场效应晶体管，只需要一种载流子，这种晶体管就叫做单极晶体管。单极晶体管即场效应晶体管，因为场效应晶体管在工作时，半导体中只有多数载流子起主要作用，所以又称为单极晶体管。

结构图为厚度方向的P-N-P结合体， 当中作N型基极，结合于其两侧的P型半导体和N型半导体的一端之间接反偏电压Er，信号电压E与其串联。

E存在的瞬间，如果认为P-N结合体的反电压增加，N型半导体的施主电子被吸向电源一侧，由于在基极内产生施主电子密度的少量间隙，对负载电源EL来说，N型半导体的电导率下降，流过RL的iL减小，因此，负载电流受输入信号E控制。

负载电流iL由EL的大小及N型半导体的浓度而定。这种晶体管，由于噪舌系数高，运用范围受到限制。1

分类根据结构的不同，单极晶体管（场效应管）可分为绝缘栅型场效应管(insulated gate field-effect transistor，IGFET)和结型场效应管(iunction field-effect transistor，JFET)两大类。前者更普遍地称为金属-氧化物-半导体场效应管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，MOSFET)或MOS管。若根据导电沟道的类型，场效应管可分为N沟道和P沟道两种，若按沟道形成方式，又可区分为增强型和耗尽型两种。尽管场效应管种类很多，但它们都是通过改变半导体材料内部的电场控制电流大小。各种场效应管的电路分析模型也基本一致。2

原理以N沟道增强型MOS场效应管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管的结构模型如图1所示，它由两个背靠背的PN结组成。

图2是实际结构示意图，它以低掺杂P型硅片为衬底，用扩散工艺在上面形成两个高掺杂的N+小区，并分别用引线引出，一个作为源极S，另一个作为漏极d。在硅片表面用生长法制造了一层二氧化硅绝缘薄膜，厚度不到0.1μm，而绝缘电阻却高达1012~1015Ω量级。通常盖在S和d之间的二氧化硅薄层上，形成栅极g。

N沟道增强型MOS管的电路符号如图3所示。箭头方向表示P衬底指向N沟道，三根短线分别代表源s、漏d和衬底b。同时也表示在开路状态下，d、s之间是不通的，因为中间仅有两个背靠背的PN结，没有导电通道。

MOS管的衬底b和源极S通常是接在一起的。若将源、漏极短路，在栅、源之间加正电压υGS，如图4所示，则在栅极和P衬底之间的SiO2中产生指向P衬底的电场。该电场排斥P衬底中的多数载流子空穴，在栅极覆盖的SiO2，绝缘薄层下面形成耗尽层。当栅源电压超过某一电压值VT时，P衬底中的少数载流子在强大电场作用下就会聚集到栅极下面，形成N型薄层，因其类型与衬底类型相反，故称为反型层。反型层与源、漏极的N+区搭接，则形成一个可导电的N型感生沟道。控制栅源电压VGS，可控制导电沟道的宽度，改变漏源问的电阻。阈值电压VT称为增强型MOS管的开启电压。2

优点场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。这种器件不仅具有输入阻抗高、功耗低、热稳定性好、抗辐射能力强的优点，而且在集成电路中占用面积小、制造工艺简单。所以在模拟和数字集成电路，特别是大规模和超大规模集成电路中得到了广泛应用。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学