半导体概论作业半导体元件介绍班级：光电一甲组员：499L0030赖闵.DOC

半導體概論作業 半導體元件介紹 班級：光電一甲 組員：499L0030 賴閔賢(第四章) 499L0103 陳昱彰(第一至三章) 授課老師：吳坤憲 教授 目錄 雙載子電晶體、元素半導體與化合物半導體 P2 金屬氧化物半導體場效電晶體 P5 積體電路 P9 光元件 P10 參考資料與網址 P18 1 雙載子電晶體、元素半導體與化合物半導體 (一) 雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT) 又稱三極體，根據不同的摻雜方式，在同一矽晶片上，製造出三個摻雜區域，形成兩個 P-N接面。 依照極性可分成兩種： PNP型 NPN型 以 NPN 電晶體為例：在雙載子接面電晶體裡，雖然基極內的電洞較多，是多數載子。但是電流的傳遞，主要卻是透過基極裡的少數載子（即電子）來完成的，也因此 BJT 被稱做少數載子元件（minority-carrier devices）。 各種組態的特性比較與電路實例： 接地方式組態 電壓放大率 電流放大率 頻率特性 輸入阻抗 輸出阻抗 共射極 中 中 劣 中 中 共集極 低（小於1） 高 中 高 低 共基極 高 低（小於1） 良 低 高 2 以A類放大器、並採用分壓型偏壓(日本稱電流歸還型偏壓)為例，各種組態的實際電路範例如下： 共射極電路 共集極電路 共基極電路 3 (二)元素半導體(Element Semiconductor) 半導體可以分為元素半導體（矽、鍺等）與化合物半導體（GaAs、GaP、InP、AlGaAs等）兩類。其中化合物半導體是由鎵、銦、鋁等Ⅲ族及砷、磷等Ⅴ族元素化合物構成，其中以砷化鎵技術較成熟，應用也較廣，一般也慣用以GaAs來代替化合物半導體的名稱。 (三)化合物半導體(Compound Semiconductors) 化合物半導體不同於矽半導體的性質主要有二：一是化合物半導體的電子遷移率較矽半導體快許多，因此適用於高頻傳輸，在無線通訊如手機、基地台、無線區域網路、衛星通訊、衛星定位等皆有應用；二是化合物半導體具備有效率的光電轉換特性，這是矽半導體沒有的，因此化合物半導體可運用在光電轉換的領域，如發光二極體（LED）、雷射二極體（LD）、光接收器（PIN）及太陽電池等產品。 4 二、金屬氧化物半導體場效電晶體(金氧半場效電晶體)（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET） 是一種可以廣泛使用在類比電路與數位電路的場效電晶體。金屬氧化物半導體場效電晶體依照其「通道」的極性不同，可分為電子占多數的N通道型與電洞占多數的P通道型，通常又稱為N型金氧半場效電晶體（NMOSFET）與P型金氧半場效電晶體（PMOSFET）。早期金氧半場效電晶體的閘極使用金屬作為其材料，但隨著半導體技術的進步，現代的金氧半場效電晶體閘極早已用多晶矽取代了金屬。 金氧半場效電晶體在概念上屬於「絕緣閘極場效電晶體」（Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET）。而IGFET的閘極絕緣層，有可能是其他物質，而非金氧半場效電晶體使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶矽閘極的場效電晶體元件時比較喜歡用IGFET，但是這些IGFET多半指的是金氧半場效電晶體。 P通道 N通道 JFET 增強型MOSFET 增強型MOSFET（基極不會輸出） 空乏式MOSFET MOSFET圖示 5 數位科技的進步，如微處理器運算效能不斷提升，帶給深入研發新一代金氧半場效電晶體更多的動力，這也使得金氧半場效電晶體本身的操作速度越來越快，幾乎成為各種半導體主動元件中最快的一種。金氧半場效電晶體在數位訊號處理上最主要的成功來自CMOS(以下細部介紹)邏輯電路的發明，這種結構最大的好處是理論上不會有靜態的功率損耗，只有在邏輯閘（logic gate）的切換動作時才有電流通過。 有一段時間，金氧半場效電晶體並非類比電路設計工程師的首選，因為類比電路設計重視的性能參數，如電晶體的轉導（transconductance）或是電流的驅動力上，金氧半場效電晶體不如