在目前使用的pnp或npn面結型電晶體的工作中，包括金屬-氧化物-半導體電晶體在內的場效應電晶體，只需要一種載流子，這種電晶體就叫做單極電晶體。單極電晶體即場效應電晶體，因為場效應電晶體在工作時，半導體中只有多數載流子起主要作用，所以又稱為單極電晶體。
基本介紹
- 中文名：單極電晶體
- 外文名：unipolar transistor
- 拼音：dān jí jīng tǐ guǎn
- 又稱：場效應電晶體管
- 學科：電機
- 分類：增強型、耗散型
結構,分類,原理,優點,
結構
圖為厚度方向的P-N-P結合體， 當中作N型基極，結合於其兩側的P型半導體和N型半導體的一端之間接反偏電壓Er，信號電壓E與其串聯。
E存在的瞬間，如果認為P-N結合體的反電壓增加，N型半導體的施主電子被吸向電源一側，由於在基極內產生施主電子密度的少量間隙，對負載電源EL來說，N型半導體的電導率下降，流過RL的iL減小，因此，負載電流受輸入信號E控制。
負載電流iL由EL的大小及N型半導體的濃度而定。這種電晶體，由於噪舌係數高，運用範圍受到限制。
單極電晶體的接線電路分類
根據結構的不同，單極電晶體（場效應管）可分為絕緣柵型場效應管(insulated gate field-effect transistor，IGFET)和結型場效應管(iunction field-effect transistor，JFET)兩大類。前者更普遍地稱為金屬-氧化物-半導體場效應管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，MOSFET)或MOS管。若根據導電溝道的類型，場效應管可分為N溝道和P溝道兩種，若按溝道形成方式，又可區分為增強型和耗盡型兩種。儘管場效應管種類很多，但它們都是通過改變半導體材料內部的電場控制電流大小。各種場效應管的電路分析模型也基本一致。
原理
以N溝道增強型MOS場效應管為例說明其工作原理。N溝道增強型MOS管的結構模型如圖1所示，它由兩個背靠背的PN結組成。
圖1圖2是實際結構示意圖，它以低摻雜P型矽片為襯底，用擴散工藝在上面形成兩個高摻雜的N+小區，並分別用引線引出，一個作為源極S，另一個作為漏極d。在矽片表面用生長法製造了一層二氧化矽絕緣薄膜，厚度不到0.1μm，而絕緣電阻卻高達1012~1015Ω量級。通常蓋在S和d之間的二氧化矽薄層上，形成柵極g。
圖2N溝道增強型MOS管的電路符號如圖3所示。箭頭方向表示P襯底指向N溝道，三根短線分別代表源s、漏d和襯底b。同時也表示在開路狀態下，d、s之間是不通的，因為中間僅有兩個背靠背的PN結，沒有導電通道。
圖3MOS管的襯底b和源極S通常是接在一起的。若將源、漏極短路，在柵、源之間加正電壓υGS，如圖4所示，則在柵極和P襯底之間的SiO2中產生指向P襯底的電場。該電場排斥P襯底中的多數載流子空穴，在柵極覆蓋的SiO2，絕緣薄層下面形成耗盡層。當柵源電壓超過某一電壓值VT時，P襯底中的少數載流子在強大電場作用下就會聚集到柵極下面，形成N型薄層，因其類型與襯底類型相反，故稱為反型層。反型層與源、漏極的N+區搭接，則形成一個可導電的N型感生溝道。控制柵源電壓VGS，可控制導電溝道的寬度，改變漏源問的電阻。閾值電壓VT稱為增強型MOS管的開啟電壓。
圖4優點
場效應管是一種利用電場效應來控制電流大小的半導體器件。這種器件不僅具有輸入阻抗高、功耗低、熱穩定性好、抗輻射能力強的優點，而且在積體電路中占用面積小、製造工藝簡單。所以在模擬和數字積體電路，特別是大規模和超大規模積體電路中得到了廣泛套用。
