微电子器件原理知识点总结.pdfVIP

微电子器件原理知识点总结

一、场效应晶体管

场效应晶体管（FieldEffectTransistor，简称FET）是一种利用半导体的电场调控电流的

三端半导体器件，其优点是功耗小、速度快、耐高温等特点，因此在数模混合电路、功率

放大、射频射频等领域广泛应用。FET的基本结构包括栅、漏、源和沟道四个部分，它根

据电场调控电流的机制可以分为JFET（结型场效应管）和MOSFET（金属氧化物半导体场

效应晶体管）两种。

1.MOSFET的工作原理

MOSFET是一种采用金属栅极、绝缘体绝缘层和半导体衬底的结构，其工作原理是通过控

制栅电压调节沟道区的电场，以改变沟道区的电导率来调节漏、源之间的电流。根据栅电

压的正负性质，MOSFET又可以分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。

根据MOSFET的电子输运机制，主要包括掺杂效应、载流子输运和表面态三个方面。掺杂

效应指的是不同掺杂浓度和类型对MOSFET电性能的影响，主要表现为掺杂对阈值电压、

子阈电压等性能参数的影响。载流子输运指的是沟道区的电导率由电子载流子和空穴载流

子共同决定，主要通过沟道长度和空穴寿命等参数来分析MOSFET的电导率。表面态指的

是沟道表面的固体缺陷和氧化层的影响，主要通过表面态密度和氧化层质量来评估

MOSFET的性能。

2.MOSFET的应用及进展

MOSFET由于其优良的电性能和可靠性，被广泛应用于数字集成电路、模拟混合电路和功

率器件中。随着芯片尺寸的不断缩小和工作频率的不断增大，MOSFET的封装技术、结构

优化和制程工艺得到了不断改进，包括高介电常数栅介质、金属栅材料选择、沟道长度和

宽度优化等方面，以提高MOSFET的性能和稳定性。

MOSFET的发展方向主要包括多栅型MOSFET、非硅基器件、混合型器件等，以提高

MOSFET的频率响应、尺寸缩小和功率密度等性能。同时，MOSFET在功率放大、射频射

频、光电器件等领域也得到了不断应用和进展，包括GaN、SiC等新型材料和器件结构的

研究。

二、双极型晶体管

双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor，简称BJT）是一种利用两个PN结的三端半导

体器件，它主要包括发射极、基极和集电极三个部分，通过控制基极电流来调节集电极电

流的大小，其工作原理是基极注入少数载流子控制主极电流。BJT根据PN结的性质和掺

杂类型分为NPN型和PNP型两种。

1.BJT的工作原理

BJT的工作原理是由PNPN四层结和三种控制模式共同决定的。PNPN四层结是指BJT的

结构中由两个PN结和一个NP结共同构成的固定电场区，其主要作用是形成发射区、基

区和集电区三个不同电场状态。

BJT的三种控制模式分别是正向激励状态、饱和状态和截止状态，基极、发射极和集电极

之间的电流关系可分别表达为伏安特征曲线和输入输出特性曲线。此外，BJT还包括继电

器作用、β参数和频率响应等性能参数，以评估BJT的工作性能。

2.BJT的应用及进展

BJT由于其良好的线性响应和功率放大特性，被广泛应用于模拟混合电路、功率放大、开

关控制等领域。随着硅基技术和高频器件的不断发展，BJT的工作频率不断提高，同时还

衍生了混合型射频器件、SiGe器件和HBT器件等，以提高BJT的频率响应、尺寸缩小和

功率密度等性能。

BJT的发展方向主要包括SiGe器件、HBT器件、混合型器件等，以提高BJT的频率响应、

尺寸缩小和功率密度等性能。同时，BJT在功率放大、射频射频、混合信号处理等领域也

得到了不断应用和进展，包括SiGe器件、HBT器件等新型射频器件的研究，并逐渐衍生

了混合型射频器件、SiGe器件和HBT器件等。

三、光电子器件

光电子器件是指能够将光信号转换成电信号的器件，包括光电二极管、光电晶体管、激光

器等，它主要应用于通信、光存储、传感器等领域。光电子器件的研究主要包括光电转换

机制、载流子输运和器件结构等关键技术，以提高器件的灵敏度、速度和稳定性。

1.光电二极管的工作原理

光电二极管是一种能够将光信号转换成电信号的器件，其工作原理是通过光生载流子和电

场效应来改变器件的电流。光电二极管的主要性能参数包括光电转换效率、响应速度和工

作波长等，以评估光电二极管的性能。

2.光电晶体管的工作原理

光电晶体管是一种能够将光信号放大的器件，其工作原理是通过光生载流子和PN结效应