三极管和MOS管工作原理详细解析-KIA MOS管
三极管和MOS管工作原理
PN结的形成:PN结是三极管以及MOS管中最基本的组成部分，要想彻底搞明白三极管和MOS管工作原理，必须先搞清楚PN结形成的原理和工作特性。
本征半导体以及空穴对
本征半导体（intrinsic semiconductor)）完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。硅、锗都是4价原子，在半导体内部形成相对稳定的共价键结构，如图1所示。
在低温下这种结构相对稳定，但如果温度增高，束缚电子获得足够能量后会脱离共价键形成自由电子。同时在原来共价键的位置会留下一个空穴，如图2所示。
从宏观上来说，自由电子虽然脱离了共价键，但是还是在晶体范围内的，所以宏观上晶体依旧是电中性。但是从微观上看自由电子带负电荷，空穴带正电荷。正是由于晶体还是呈现电中性，所以空穴和自由电子的一定是成对出现的，于是称之为空穴对。
在出现空穴对后，其他位置上的电子有可能填补空穴，从而又形成新的空穴。以此往复就形成了空穴运动，其示意图如图3所示。
空穴对的一个很重要的意义在于提高了导电能力。也就是说如果在晶体内全部都是完好的共价键是没有办法导电的。形成了空穴对之后，空穴和自由电子各自都是载流子，都可以运载电荷形成电流。
杂质半导体
与完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体相对，在其中加入一些微量杂质就形成了杂质半导体。由加入的杂质元素不同形成两种半导体。
在本征半导体中加入五价元素磷、砷后，称为N型半导体。加入的这些元素原子与周围的四价原子形成共价键之后会多出来一个自由电子，如下图所示。
于是在N型半导体中出现了大量的不受共价键束缚的自由电子，同时也没有出现相应的空穴。于是在N型半导体中，用于导电的载流子以自由电子居多，称为多子；空穴就成为了少数载流子，又称为少子。
相应的在本征半导体中加入三价元素硼、铟后，称为P型半导体。加入的这些元素原子与周围的四价原子形成共价键之后会多出来一个自由电子，如图5所示。
于是在N型半导体中多子为空穴，少子为自由电子。以下两点说明对于理解这一部分非常有用：
1.N型半导体和P型半导体都是电中性的，所谓的P和N不代表电性，代表的是多数载流子的电性。
2.加入这些杂质元素后就会形成多余载流子（空穴或者自由电子）的更本原因在于在原子内部，负电荷可分（每个电子带一个负电荷），正电荷不可分（全部集中于原子核）。
3.空穴本身无法运动，所以空穴作为载流子的根本还在于吸收电子。也就是说空穴传输电流的本质还是电子的移动产生的电流。
扩散与漂移—PN结的形成
将P型半导体和N型半导体制作在一起，形成一个特殊的交接面时，如图 6所示，P区中有很多空穴，N区中有很多自由电子。于是很自然地自由电子会扩散到P区，与空穴结合。这种现象称之为扩散现象。
本来的P区和N区都是电中性的，由于自由电子的扩散，必然导致半导体内部的电中性被破坏，从而在导体内PN结处形成一个内电场，如图7所示。
从内电场的方向可以看出是阻止自由电子进入P区的，由内电场导致的载流子的运动称为漂移运动。漂移运动与扩散运动是相反的，于是在PN区连接处两种运动会形成一种动态平衡。从而形成了一定宽度的"空间电荷区"，这个区域就称为"PN结"或者"耗尽层"。
耗尽层的宽度由扩散运动的强度确定的。耗尽层的电阻率很高，为高阻区。这是由于电阻的大小反映的是导电性能的高低，耗尽层已经达到动态平衡，基本不导电，自然电阻就很大。
虽然无论是扩散运动还是漂移运动，实际运动的都是电子。但是为了区别扩散运动和漂移运动，常常会将扩散运动运动称为多子运动，因为扩散是本区域中的多子进入对方区域的过程；相应的漂移运动就成为少子运动。
PN结的单向导电性
当给PN结加正向电压，即与内电场方向相反的外加电场时，内电场被削弱，最终的结果是N区的电子不断的进入P区，且N区可以从外加的电源中源源不断的汲取电子，于是就形成了较大的正向电流，如图8所示。
如果反过来加反向电压，即外电场与内电场方向相同，导致的是多子难以扩散，少子的漂移运动加强。但是由于少子数量极少，所以无法形成持续不断的电流，此时PN结处于截止状态。
单向导电性是PN结最为重要的特性，也是后面所以讨论的基础。
三极管的工作原理及特性
三极管之所以运用如此广泛，其主要原因在于它可以通过小电流控制大电流。形象地说就是基极其是是一个阀门开关，阀门开关控制的是集电极到发射极之间的电流大小，而本身控制阀门开关的基极的电流要求很小。更加形象的图形说明如下所示：
三极管的结构与符号
三极管内部机构要求：（此处只说结论）
1.发射区参杂浓度很高，以便有足够的载流子供发射。
2.为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且参杂浓度极低。
3.集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，参杂浓度介于发射极与基极之间。
三极管基本工作原理
三极管的主要功能有：交流信号放大、直流信号放大和电路开关。同时三极管有三个工作区间，分别是：放大区、饱和区和截止区。
这里首先介绍的就是交流信号放大、直流信号放大的放大功能，此时三极管工作在放大区。工作在放大区的三极管需要给发射极设置正向偏置、给集电极设置反向偏置，如图11所示。
由于发射极正偏，发射极的多数载流子（无论是P的空穴还是N的自由电子）会不断扩散到基极，并不断从电源补充多子，形成发射极电流IE。
由于基极很薄，且基极的多子浓度很低，所以从发射极扩散过来的多子只有很少一部分和基极的多子复合形成基极电流IB（发射极和基极的极性一定是相反的，所以各自的多子极性相反）。
而剩余的大部分发射极传来的多子会继续扩散到集电极边缘。由于集电极反偏，所以反偏电压会将在集电极边缘的来自发射极的多子拉入集电极，形成较大的集电极电流IC。
三极管和MOS管工作原理
MOS管与三极管的区别
1.场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极e、基极b和集电极c，作用相似。
2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管的栅极基本不需要电流；而三极管的基极总是需要一些电流的。所以在希望控制端基本没有电流的情况下应该是一场效应管；而在允许一定量电流时，选取三极管进行放大可以得到较场效应管更大的放大倍数。
3.场效应管是利用多子导电，三极管是即利用多子又利用少子。少子的浓度收到温度、辐射等外界条件影响场效应管相比于三极管温度稳定性好、抗辐射能力强。
4.当场效应管的源极和衬底没有连接在一起时，源极和漏极可以互换使用。而三极管的集电极和设计差异很大，不能互换。
5.场效应管的噪声系数小，在信噪比是主要矛盾时选择场效应管。
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