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MOS晶体管

MOS晶体管全名叫做MOSFET（Metal oxide semiconductor field effect transistor），翻译为中文就是，金属氧化物半导体场效应晶体管这个名字听起来比较绕，比较奇怪，为什么要这么起名字呢？

如下图所示MOS管的结构图和等效图，**上边的栅极（Gate）一般都是由金属（Metal）做的，中间的绝缘层一般是由氧化层SiO2（Oxide）做的，**下边是半导体材料（semiconductor）。至于FET，场效应，就是电场控制电子的意思。

图1 MOS晶体管的结构图（左）和等效图（右）

首先看左边的结构图，图中下半部分是P型半导体（如图中的P-body），其中含有大量的空穴，而左上角和右上角带颜色的N+，是重掺杂的N型半导体，含有更大量的自由电子。接下来继续拟人化描述。

其中，两块带颜色的N+区是一个国家。左边的N+区是一块飞地，而右边的N+区，是本土大陆，飞地的自由电子常年在外，想从飞地（也就是左边的N+区）通过P-body国家，回到本土大陆（也就是右边的N+区）。

该工艺是在Si半导体芯片上通过氧化、光刻、扩散、离子注入等一系列流程，制作出晶体管和集成电路。浙江功放晶体管

模拟电子技术实用知识（单结晶体管）   *

一、单结晶体管的结构与特性

1．单结晶体管的结构

单结晶体管因为具有两个基极，故单结晶体管又称为双基极晶体管。单结晶体管有三个电极，分别称为***基极b1、第二基极b2、发射极e。单结晶体管虽然有三个电极，但在结构上只有一个PN结，它是在一块高电阻率的N型硅基片一侧的两端，各引出一个电极，分别称***基极b1和 第二基极b2。在硅片的另一侧较靠近b2处，用扩散法掺入P型杂质，形成一个PN结，再引出一个电极，称发射极e。单结晶体管的内部结构、等效电路、图形符号如图1所示。

存在于两个基极b1和b2之间的电阻是N型硅片本身的电阻，称为体电阻，由单结晶体管的等效电路可见，两基极间的电阻Rb1b2=Rb1+Rb2, 其体阻值一般在（5～10）KΩ之间。

国产单结晶体管的型号，主要有BT31、BT32、BT33等系列产品，其中B表示半导体器件，T表示特种晶体管，第三位数3表示三个电极，***一位数表示功耗100mW、200mW、300mW等等。

常用的型号为BT33的单结晶体管的外形结构，如图2所示。

徐州晶体管大家都知道晶体三极管的基极电压其实就是控制三极管导通程度的。

三、单结晶体管振荡器

1.单结晶体管振荡器电路

在电子电路中，常常利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，组成非正弦波脉冲振荡电路，单结晶体管振荡电路如图6a所示。图中，R、C为充放电元件，V为单结晶体管，Rb1、Rb2为基极电阻，其中Rb2为限流电阻，Rb1是负载电阻，其两端产生的电压降就是振荡输出信号。

2.单结晶体管振荡电路的工作原理

单结晶体管振荡电路的工作原理如下。当开关S闭合后，电源Ucc接入电路中，单结晶体管的b2经电阻Rb2与电源的正极相连，b1经电阻Rb1与电源的负极相接，即b2、b1之间加上了一个正电压。同时，电源Ucc还通过电阻R对电容C进行充电，电容两端的电压Uc随时间按**规律上升，充电时间常数τ=RC。

当电容两端的电压Uc，即发射极所加的电压Ue＜Up峰点电压时，单结晶体管的Ie电流为很小的反向漏电电流，单结晶体管是处于截止状态的，其e、b1极之间的等效阻值非常大，电阻Rb1上无电流通过，输出电压Uo=0，即无脉冲信号输出

半导体学习曲线的一大优点是，只要生产出晶体管或等效开关，它就会适用。虽然摩尔定律正在加速寿终正寝，但学习曲线永远不会过时。但将会看到，所生产的晶体管总量将不再以如此快的速度在对数坐标上向右移动，从而价格也不会像过去那样迅速下降。改进学习的明显效果将会减弱。在某一时刻，货币通胀将大于制造成本的降低，即使晶体管的单位价格以固定货币的形式减少，而实际上可能会随着时间的推移以***货币的形式而增长。同时，学习曲线也是预测未来的有用指南。在2019年，单个晶体管的收入年下降率约32%.

平面晶体管主导了整个半导体工业很长一段时间。

从1954年到2019年晶体管的学习曲线

图2显示了学习曲线的工作原理，纵轴是每单位生产成本的对数，产品可以是商品或服务，是可以由从事同样劳作，或制造同样产品中反复获益的任何东西。公布的学习曲线通常使用单位产品收益，因为企业不愿透露成本数据。然而，这些公司知道自己的成本，从半导体行业的历史来看，它们利用这些数据进行战略定位，以赢得竞争。学习曲线的横轴是以往生产的产品或服务累计量的对数（归一化值）。学习曲线是一条斜率向下的直线。随着更多的经验或“学习”，单位成本单调下降。由于学习曲线是一个对数（“log/log”）图。在**初，当少量累积量在短时间内翻倍时，数据呈一条直线。随着时间的推移，直线向右移动的速度会变慢，因为需要更长的时间才能使累计量翻倍。每次生产累积量增加一倍，单位成本会减少一个固定百分比。不同产品所占百分比不同，但半导体等行业的各种产品所占百分比往往类似。

线性性能也由晶体管端口在基带频率范围内和载波频率的两倍2fC 的阻抗值决定的。徐州晶体管

所以平面晶体管通常也是所谓漂移晶体管。这种晶体管的性能**优于均匀基区晶体管。浙江功放晶体管

详细解析，芯片里面100多亿晶体管是如何实现的？     *

如今随着芯片制程的不断提升，芯片中可以有100多亿个晶体管，如此之多的晶体管，究竟是如何安上去的呢？

这是一个Top-down View 的SEM照片，可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构，越往下线宽越窄，越靠近器件层。

这是CPU的截面视图，可以清晰的看到层状的CPU结构，芯片内部采用的是层级排列方式，这个CPU大概是有10层。其中**下层为器件层，即是MOSFET晶体管。

Mos管在芯片中放大可以看到像一个“讲台”的三维结构，晶体管是没有电感、电阻这些容易产生热量的器件的。**上面的一层是一个低电阻的电极，通过绝缘体与下面的平台隔开，它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作栅极的原材料，下面的绝缘体就是二氧化硅。平台的两侧通过加入杂质就是源极和漏极，它们的位置可以互换，两者之间的距离就是沟道，就是这个距离决定了芯片的特性。 浙江功放晶体管

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