半导体基础知识（3）：双极结和场效应晶体管（BJT和FET）

写在前面

这个系列的文章是在本科学习模拟电路以及数字电路的时候学的，当时还是觉得挺懵的，现在本不是看这个的时候，但是遇到了，觉得在理解一遍未尝不可。
原文链接：Bipolar Junction and Field Effect Transistors (BJTs and FETs)
上篇文章链接：半导体基础知识（2）：PN结二极管和二极管特性
该教程介绍了两个对整个电气工程和人类生活产生重大影响的组件。

正文

单词“晶体管”是指可以执行开关和放大的半导体器件。 您可能从上一教程中回忆起，可以用作开关或放大器的电子设备称为有源组件。 电开关和放大并不是从1948年晶体管的发明开始的。 但是，本发明是一个新时代的开始，因为与晶体管扩散之前使用的有源组件（称为真空管）相比，晶体管体积小，效率高且具有机械弹性。

该教程将简要讨论两种最常见类型的晶体管的基本特征和功能。 在本后面，我们将详细了解晶体管的工作方式以及电路设计人员如何使用晶体管。

双极结型晶体管

在上一教程中，我们了解了pn结的特殊特性。 如果我们将另一部分半导体材料添加到pn结，则将有一个双极结晶体管（BJT）。 如下图所示，我们可以添加一部分n型半导体来创建一个npn晶体管，或者我们可以添加一部分p型半导体来形成一个pnp晶体管。

n型和p型半导体的三层组合产生了一个三端子设备，该设备允许流过基极端子的电流较小，从而调节发射极和集电极端子之间的较大电流。在npn晶体管中，控制电流从基极流向发射极，调节电流从集电极流向发射极。 在pnp晶体管中，控制电流从发射极流到基极，调节电流从发射极流到集电极。 下图中的箭头表示了这些当前模式。

场效应晶体管

顾名思义，场效应晶体管（FET）使用电场来调节电流。 因此，我们可以将BJT和FET视为半导体放大和开关这一主题的两个基本变化：BJT允许小电流调节大电流，而FET允许小电压调节大电流。

场效应晶体管由两个被沟道隔开的掺杂半导体区域组成，并且以改变沟道的载流特性的方式向器件施加电压。 下图使您了解其工作原理。

如您所见，被通道隔开的端子称为源极和漏极，而栅极是施加控制电压的端子。 尽管此图有助于介绍一般的FET操作，但实际上是在描述一种相对不常见的器件，称为结型场效应晶体管（JFET）。 如今，绝大多数场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

MOSFET具有将栅极与沟道分隔开的绝缘层。 因此，与BJT不同，MOSFET不需要稳态输入电流。 通过施加电压可以简单地调节流过通道的电流。 下图显示了n沟道MOSFET（也称为NMOS晶体管）的物理结构和基本操作。 NMOS晶体管中的多数载流子是电子； 具有空穴作为多数载流子的p型晶体管称为p沟道MOSFET或PMOS晶体管。

两个重掺杂的n型区域被p型沟道隔开。 假设源和基板都接地。 如果栅极也接地，则电流将无法流过沟道，因为施加到漏极的电压会导致反向偏置的pn结。 然而，施加到栅极的正电压排斥沟道中的空穴，从而产生耗尽区，并从源极和漏极部分吸引电子。 如果电压足够高，则通道将具有足够的移动电子，以在向漏极施加电压时允许电流从漏极流向源极。

结论

由于它们允许较小的电流或电压来调节电流，因此BJT和MOSFET可以用作电子开关和放大器。 开关动作是通过提供在两种状态之间转换的输入信号来完成的。 这些输入状态之一导致全电流流动，而另一个导致零电流流动。 通过偏置晶体管来实现放大，以便较小的输入信号变化会在电流中产生相应的较大幅度变化。

晶体管可以制造为分立器件，但是它们最常作为集成电路中的微小组件而遇到，这些集成电路将在下一章中进行研究。

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