單極晶體管

圖3-12為厚度方向的P-N-P結合體， 當中作N型基極，結合於其兩側的P型半導體和N型半導體的一端之間接反偏電壓E_r，信號電壓E與其串聯。

E存在的瞬間，如果認為P-N結合體的反電壓增加，N型半導體的施主電子被吸向電源一側，由於在基極內產生施主電子密度的少量間隙，對負載電源E_L來説，N型半導體的電導率下降，流過R_L的i_L減小，因此，負載電流受輸入信號E控制。

負載電流i_L由E_L的大小及N型半導體的濃度而定。這種晶體管，由於噪舌係數高，運用範圍受到限制。 ^[1] 

根據結構的不同，單極晶體管（場效應管）可分為絕緣柵型場效應管(insulated gate field-effect transistor，IGFET)和結型場效應管(junction field-effect transistor，JFET ^[3]  )兩大類。前者更普遍地稱為金屬-氧化物-半導體場效應管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，MOSFET)或MOS管。若根據導電溝道的類型，場效應管可分為N溝道和P溝道兩種，若按溝道形成方式，又可區分為增強型和耗盡型兩種。儘管場效應管種類很多，但它們都是通過改變半導體材料內部的電場控制電流大小。各種場效應管的電路分析模型也基本一致。 ^[2] 

以N溝道增強型MOS場效應管為例説明其工作原理。N溝道增強型MOS管的結構模型如圖1所示，它由兩個背靠背的PN結組成。

圖2是實際結構示意圖，它以低摻雜P型硅片為襯底，用擴散工藝在上面形成兩個高摻雜的N⁺小區，並分別用引線引出，一個作為源極S，另一個作為漏極d。在硅片表面用生長法制造了一層二氧化硅絕緣薄膜，厚度不到0.1μm，而絕緣電阻卻高達10^12~10¹⁵Ω量級。通常蓋在S和d之間的二氧化硅薄層上，形成柵極g。

N溝道增強型MOS管的電路符號如圖3所示。箭頭方向表示P襯底指向N溝道，三根短線分別代表源s、漏d和襯底b。同時也表示在開路狀態下，d、s之間是不通的，因為中間僅有兩個背靠背的PN結，沒有導電通道。

MOS管的襯底b和源極S通常是接在一起的。若將源、漏極短路，在柵、源之間加正電壓υ_GS，如圖4所示，則在柵極和P襯底之間的SiO₂中產生指向P襯底的電場。該電場排斥P襯底中的多數載流子空穴，在柵極覆蓋的SiO₂，絕緣薄層下面形成耗盡層。當柵源電壓超過某一電壓值V_T時，P襯底中的少數載流子在強大電場作用下就會聚集到柵極下面，形成N型薄層，因其類型與襯底類型相反，故稱為反型層。反型層與源、漏極的N⁺區搭接，則形成一個可導電的N型感生溝道。控制柵源電壓V_GS，可控制導電溝道的寬度，改變漏源問的電阻。閾值電壓V_T稱為增強型MOS管的開啓電壓。 ^[2] 

場效應管是一種利用電場效應來控制電流大小的半導體器件。這種器件不僅具有輸入阻抗高、功耗低、熱穩定性好、抗輻射能力強的優點，而且在集成電路中佔用面積小、製造工藝簡單。所以在模擬和數字集成電路，特別是大規模和超大規模集成電路中得到了廣泛應用。 ^[2]