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九月 18 2019

晶体管有哪些种类?


目录

1.分类方式

1.1按功能和用途分类

1.2按半导体材料和极性分类

1.3按结构及制造工艺分类

1.4按电流容量分类

1.5按工作频率分类

1.6按封装结构分类

2.种类举例

2.1双极结型晶体管

2.2场效应晶体管

2.3绝缘栅双极晶体管

2.4静电感应晶体管

2.5单电子晶体管

2.6电力晶体管

2.7光晶体管

  晶体管是由三层杂质半导体构成的器件,有三个电极,所以又称为半导体三极管,晶体三极管等,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管的低成本,灵活性和可靠性使其成为无处不在的器件。晶体管机电一体化电路已经成为机电设备控制设备来控制机器。相比于机械控制系统,微控制器和计算机程序用于控制系统显得更加便捷。那么晶体管的种类有哪些?下面一起看看:

晶体管

晶体管

  1.分类方式

  1.1按功能和用途分类

  晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。

  1.2按半导体材料和极性分类

  按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。

  1.3按结构及制造工艺分类

  晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。

  1.4按电流容量分类

  晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。

  1.5按工作频率分类

  晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。

  1.6按封装结构分类

  晶体管按封装结构可分为金属封装(简称金封)晶体管、塑料封装(简称塑封)晶体管、玻璃壳封装(简称玻封)晶体管、表面封装(片状)晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。

  2.种类举例

  2.1双极结型晶体管

  双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)又称为半导体三极管,它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件,有PNP和NPN两种组合结构;外部引出三个极:集电极,发射极和基极,集电极从集电区引出,发射极从发射区引出,基极从基区引出(基区在中间);BJT有放大作用,重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的,为了保证这一传输过程,一方面要满足内部条件,即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度,同时基区厚度要很小,另一方面要满足外部条件,即发射结要正向偏置(加正向电压)、集电结要反偏置;BJT种类很多,按照频率分,有高频管,低频管,按照功率分,有小、中、大功率管,按照半导体材料分,有硅管和锗管等;其构成的放大电路形式有:共发射极、共基极和共集电极放大电路。

双极结型晶体管

双极结型晶体管

  2.2场效应晶体管

  场效应晶体管(field effect transistor)利用场效应原理工作的晶体管。英文简称FET。场效应就是改变外加垂直于半导体表面上电场的方向或大小,以控制半导体导电层(沟道)中多数载流子的密度或类型。它是由电压调制沟道中的电流,其工作电流是由半导体中的多数载流子输运。这类只有一种极性载流子参加导电的晶体管又称单极型晶体管。与双极型晶体管相比,场效应晶体管具有输入阻抗高、噪声小、极限频率高、功耗小,制造工艺简单、温度特性好等特点,广泛应用于各种放大电路、数字电路和微波电路等。以硅材料为基础的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和以砷化镓材料为基础的肖特基势垒栅场效应管(MESFET)是两种最重要的场效应晶体管,分别为MOS大规模集成电路和MES超高速集成电路的基础器件。

场效应晶体管

场效应晶体管

  2.3绝缘栅双极晶体管

  绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点,具有良好的特性,应用领域很广泛;IGBT也是三端器件:栅极,集电极和发射极。

  IGBT是MOS结构双极器件,属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(InductionHeating)电饭锅等领域。根据封装的不同,IGBT大致分为两种类型,一种是模压树脂密封的三端单体封装型,从TO-3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD (FleeWheelDiode)成对地(2或6组)封装起来的模块型,主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同,分为多种形状及封装方式,都已形成系列化。

绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管

  2.4静电感应晶体管

  静电感应晶体管SIT(Static Induction Transistor)诞生于1970年,实际上是一种结型场效应晶体管。它具有输入阻抗高、输出功率大、开关特性好、热稳定性好以抗辐射能力强等特点。SIT在结构设计上采用多单元集成技术,因而可制成高压大功率器件。它不仅能工作在开关状态,作为大功率电流开关,而且也可以作为功率放大器,用于大功率中频发射机、长波电台、差转机、高频感应加热装置以及雷达等方面。目前,SIT的产品已达到电压1500V、电流300A、耗散功率3kW、截止频率30~50MHz。

  但是SIT在栅极不加任何信号时是导通的,栅极加负偏压时关断,这被称为正常导通型器件,使用不太方便。此外,SIT通态电阻较大,使得通态损耗也大,因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。

静电感应晶体管

静电感应晶体管

  2.5单电子晶体管

  用一个或者少量电子就能记录信号的晶体管。随着半导体刻蚀技术和工艺的发展,大规模集成电路的集成度越来越高。以动态随机存储器(DRAM)为例,它的集成度差不多以每两年增加四倍的速度发展,预计单电子晶体管将是最终的目标。目前一般的存储器每个存储元包含了20万个电子,而单电子晶体管每个存储元只包含了一个或少量电子,因此它将大大降低功耗,提高集成电路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在实验上发现了库仑阻塞现象。在调制掺杂异质结界面形成的二维电子气上面,制作一个面积很小的金属电极,使得在二维电子气中形成一个量子点,它只能容纳少量的电子,也就是它的电容很小,小于一个?F (10-15法拉)。当外加电压时,如果电压变化引起量子点中电荷变化量不到一个电子的电荷,则将没有电流通过。直到电压增大到能引起一个电子电荷的变化时,才有电流通过。因此电流-电压关系不是通常的直线关系,而是台阶形的。这个实验在历史上第一次实现了用人工控制一个电子的运动,为制造单电子晶体管提供了实验依据。为了提高单电子晶体管的工作温度,必须使量子点的尺寸小于10纳米,目前世界各实验室都在想各种办法解决这个问题。有些实验室宣称已制出室温下工作的单电子晶体管,观察到由电子输运形成的台阶型电流-电压曲线,但离实用还有相当的距离。

单电子晶体管

单电子晶体管

  2.6电力晶体管

  电力晶体管按英文Giant Transistor直译为巨型晶体管,是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT),所以有时也称为Power BJT;其特性有:耐压高,电流大,开关特性好,但驱动电路复杂,驱动功率大;GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。

电力晶体管

电力晶体管

  2.7光晶体管

  光晶体管(phototransistor)由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收,产生光生载流子,通过内部电放大机构,产生光电流增益。光晶体管三端工作,故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓(GaAs),主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高,但速度不太快,对于GaAs-GaAlAs,放大系数可大于1000,响应时间大于纳秒,常用于光探测器,也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒),但缺点是光敏面积小,增益小(放大系数可大于10),常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件,其特点均是速度快(响应时间几十皮秒)、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。

光晶体管

光晶体管

  以上就是晶体管的分类方式以及种类举例介绍了。晶体管制造和生产技术的进步使得计算机的成本降低并不断普及,使人类社会信息化的脚步加快,节省了大量的人力、物力。今天的许多生产活动都是人类通过各种工具间接完成的。可以说,晶体管的发展进步加快了人类文明的进步。

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