理论教育 结型和静电感应场效应器件

结型和静电感应场效应器件

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:在上一章中,将结型晶体管简称为晶体管,与之相对应的还有一大类器件,即场效应晶体管。各种场效应晶体管的两个主电极都分别称为源极和漏极。在本节中,将对结型场效应晶体管,以及与之关系密切的静电感应晶体管和静电感应晶闸管进行分析,其中静电感应晶闸管是混合型器件。表4-1 双极结型晶体管与场效应晶体管的端子对比

结型和静电感应场效应器件

在上一章中,将结型晶体管简称为晶体管,与之相对应的还有一大类器件,即场效应晶体管。场效应晶体管(FET)也是一种可作为放大器使用的三端半导体器件,但其工作原理与双极型晶体管有很大差别。首先,场效应晶体管是一种单极型器件,其电流由多数载流子输运,不像双极型器件那样依靠少子的注入,由两种载流子同时参与导电;此外,场效应晶体管是一种电压控制型器件,对于由两个主电极传导的工作电流,它是通过加在第三电极上的电压在主电极间产生可控电场来改变其大小和通断状态的。而结型场效应晶体管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)是最重要的两种场效应晶体管。前者可控电场出现在PN结中,后者出现在绝缘层中,后者在下一节中有分析。

总的来说,场效应晶体管具有一些令双极型晶体管难以相比的优点,这些优点是由它的特殊结构和工作模式决定的。例如,作为一种单极型器件,既然没有少子注入和积累,开关速度和恢复过程比双极型器件好,工作频率可以很高;作为一种电压控制型器件,既然输入信号是加在反偏PN结或绝缘介质上的控制电压,其输入阻抗很高。目前,借用场效应器件的工作方式控制双极型电流的混合型功率器件已在电力电子变换器中广为应用,比如后面将分析到的IGBT和IGCT等。同时,借助于新的半导体材料使用和工艺技术提高,场效应晶体管本身也在电力电子变换器中发挥了更大的作用,比如JFET、MOSFET都是宽禁带电力半导体器件的重要研发方向。

由于导电行为的不同,场效应晶体管的各个端子的命名也不同,表4-1中给出了FET和BJT端子命名对比,以方便解释和记忆。

各种场效应晶体管的两个主电极都分别称为源极和漏极。源极是载流子的源,将载流子注入到沟道中,然后流向漏极,即导入工作载流子的电极为源,从器件引出工作载流子的电极为漏。如果工作载流子是电子,其运动方向与电流方向相反,因而电流自漏极流进,源极流出。从上一章的分析可知,在双极型晶体管中,发射极是载流子的源,将载流子注入到基区,然后流向集电极被收集。栅极和基极对各自器件的导电行为都有控制作用,不同的是双极型晶体管基极是与电流通路有直接的连接。另外,在双极型晶体管中,从发射极到集电极的电流至少有一部分是在载流子扩散运动中形成的;场效应晶体管中,从源极流到漏极的电流主要是由载流子的漂移运动形成的。在本节中,将对结型场效应晶体管,以及与之关系密切的静电感应晶体管和静电感应晶闸管进行分析,其中静电感应晶闸管是混合型器件。(www.daowen.com)

表4-1 双极结型晶体管与场效应晶体管的端子对比

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