電力晶體管
電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管,是一種耐高電壓,、大電流的雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT),,所以有時也稱為Power BJT;其特性有:耐壓高,,電流大,開關(guān)特性好,,但驅(qū)動電路復(fù)雜,,驅(qū)動功率大,;GTR和普通雙極結(jié)型晶體管的工作原理是一樣的,。
光晶體管
光晶體管(phototransistor)由雙極型晶體管或場效應(yīng)晶體管等三端器件構(gòu)成的光電器件,。光在這類器件的有源區(qū)內(nèi)被吸收,產(chǎn)生光生載流子,,通過內(nèi)部電放大機(jī)構(gòu),產(chǎn)生光電流增益,。光晶體管三端工作,故容易實現(xiàn)電控或電同步,。光晶體管所用材料通常是砷化鎵(CaAs),,主要分為雙極型光晶體管,、場效應(yīng)光晶體管及其相關(guān)器件。雙極型光晶體管通常增益很高,,但速度不太快,,對于GaAs-GaAlAs,放大系數(shù)可大于1000,,響應(yīng)時間大于納秒,,常用于光探測器,也可用于光放大,。場效應(yīng)光晶體管響應(yīng)速度快(約為50皮秒),但缺點是光敏面積小,,增益小(放大系數(shù)可大于10),,常用作極高速光探測器。與此相關(guān)還有許多其他平面型光電器件,,其特點均是速度快(響應(yīng)時間幾十皮秒)、適于集成,。這類器件可望在光電集成中得到應(yīng)用,。
雙極晶體管
雙極晶體管(bipolar transistor)指在音頻電路中使用得非常普遍的一種晶體管,。雙極則源于電流系在兩種半導(dǎo)體材料中流過的關(guān)系。雙極晶體管根據(jù)工作電壓的極性而可分為NPN型或PNP型,。
雙極結(jié)型晶體管
雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT)又稱為半導(dǎo)體三極管,,它是通過一定的工藝將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起的器件,有PNP和NPN兩種組合結(jié)構(gòu),;外部引出三個極:集電極,發(fā)射極和基極,,集電極從集電區(qū)引出,發(fā)射極從發(fā)射區(qū)引出,,基極從基區(qū)引出(基區(qū)在中間),;BJT有放大作用,重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸?shù)竭_(dá)集電區(qū)而實現(xiàn)的,,為了保證這一傳輸過程,,一方面要滿足內(nèi)部條件,,即要求發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度,,同時基區(qū)厚度要很小,,另一方面要滿足外部條件,,即發(fā)射結(jié)要正向偏置(加正向電壓),、集電結(jié)要反偏置;BJT種類很多,,按照頻率分,,有高頻管,低頻管,,按照功率分,,有小,、中、大功率管,,按照半導(dǎo)體材料分,,有硅管和鍺管等;其構(gòu)成的放大電路形式有:共發(fā)射極,、共基極和共集電極放大電路,。
場效應(yīng)晶體管
場效應(yīng)晶體管(field effect transistor)利用場效應(yīng)原理工作的晶體管,。英文簡稱FET,。場效應(yīng)就是改變外加垂直于半導(dǎo)體表面上電場的方向或大小,以控制半導(dǎo)體導(dǎo)電層(溝道)中多數(shù)載流子的密度或類型,。它是由電壓調(diào)制溝道中的電流,,其工作電流是由半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子輸運。這類只有一種極性載流子參加導(dǎo)電的晶體管又稱單極型晶體管,。與雙極型晶體管相比,,場效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗高、噪聲小,、極限頻率高,、功耗小,制造工藝簡單,、溫度特性好等特點,,廣泛應(yīng)用于各種放大電路、數(shù)字電路和微波電路等,。以硅材料為基礎(chǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和以砷化鎵材料為基礎(chǔ)的肖特基勢壘柵場效應(yīng)管(MESFET)是兩種最重要的場效應(yīng)晶體管,,分別為MOS大規(guī)模集成電路和MES超高速集成電路的基礎(chǔ)器件?! ?/p>
靜電感應(yīng)晶體管
靜電感應(yīng)晶體管SIT(Static Induction Transistor)誕生于1970年,,實際上是一種結(jié)型場效應(yīng)晶體管。將用于信息處理的小功率SIT器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),,即可制成大功率的SIT器件,。SIT是一種多子導(dǎo)電的器件,其工作頻率與電力MOSFET相當(dāng),,甚至超過電力MOSFET,,而功率容量也比電力MOSFET大,因而適用于高頻大功率場合,,目前已在雷達(dá)通信設(shè)備,、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等某些專業(yè)領(lǐng)域獲得了較多的應(yīng)用。
但是SIT在柵極不加任何信號時是導(dǎo)通的,,柵極加負(fù)偏壓時關(guān)斷,,這被稱為正常導(dǎo)通型器件,使用不太方便,。此外,,SIT通態(tài)電阻較大,使得通態(tài)損耗也大,,因而SIT還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用,?! ?/p>
單電子晶體管
用一個或者少量電子就能記錄信號的晶體管,。隨著半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)和工藝的發(fā)展,大規(guī)模集成電路的集成度越來越高,。以動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM) 為例,,它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發(fā)展,預(yù)計單電子晶體管將是最終的目標(biāo),。目前一般的存儲器每個存儲元包含了20萬個電子,,而單電子晶體管每個存儲元只包含了一個或少量電子,因此它將大大降低功耗,,提高集成電路的集成度,。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實驗上發(fā)現(xiàn)了庫侖阻塞現(xiàn)象。在調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)界面形成的二維電子氣上面,,制作一個面積很小的金屬電極,,使得在二維電子氣中形成一個量子點,它只能容納少量的電子,,也就是它的電容很小,,小于一個?F (10~15法拉),。當(dāng)外加電壓時,,如果電壓變化引起量子點中電荷變化量不到一個電子的電荷,則將沒有電流通過,。直到電壓增大到能引起一個電子電荷的變化時,,才有電流通過。因此電流-電壓關(guān)系不是通常的直線關(guān)系,,而是臺階形的。這個實驗在歷史上第一次實現(xiàn)了用人工控制一個電子的運動,,為制造單電子晶體管提供了實驗依據(jù),。為了提高單電子晶體管的工作溫度,必須使量子點的尺寸小于10納米,目前世界各實驗室都在想各種辦法解決這個問題,。有些實驗室宣稱已制出室溫下工作的單電子晶體管,,觀察到由電子輸運形成的臺階型電流——電壓曲線,但離實用還有相當(dāng)?shù)木嚯x,?! ?/p>
絕緣柵雙極晶體管
絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)的優(yōu)點,具有良好的特性,,應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛,;IGBT也是三端器件:柵極,集電極和發(fā)射極,?!?/p>
晶體管的重要性
晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一,在重要性方面可以與印刷術(shù),,汽車和電話等的發(fā)明相提并論,。晶體管實際上是所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵主動(active)元件。晶體管在當(dāng)今社會的重要性主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力,,因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本,。
雖然數(shù)以百萬計的單體晶體管還在使用,絕大多數(shù)的晶體管是和二極管,,電阻器,,電容器一起被裝配在微芯片(芯片)上以制造完整的電路。模擬的或數(shù)字的或者這兩者被集成在同一顆芯片上,。設(shè)計和開發(fā)一個復(fù)雜芯片的生產(chǎn)成本是相當(dāng)高的,,但是當(dāng)分?jǐn)偟酵ǔ0偃f個生產(chǎn)單位上,每個芯片的價格就是最小的,。一個邏輯門包含20個晶體管,,而2005年一個高級的微處理器使用的晶體管數(shù)量達(dá)2.89億個。
晶體管的成本,,靈活性和可靠性使得其成為非機(jī)械任務(wù)的通用器件,,例如數(shù)字計算。在控制電器和機(jī)械方面,,晶體管電路也正在取代電機(jī)設(shè)備,,因為它通常是更便宜,更有效地僅僅使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路并編寫計算機(jī)程序來完成同樣的機(jī)械任務(wù),,使用電子控制,,而不是設(shè)計一個等效的機(jī)械控制。
因為晶體管的低成本和后來的電子計算機(jī),,數(shù)字化信息的浪潮來到了,。由于計算機(jī)提供快速的查找,、分類和處理數(shù)字信息的能力,在信息數(shù)字化方面投入了越來越多的精力,。今天的許多媒體是通過電子形式發(fā)布的,,最終通過計算機(jī)轉(zhuǎn)化和呈現(xiàn)為模擬形式。受到數(shù)字化革命影響的領(lǐng)域包括電視,,廣播和報紙,。