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双极性晶体管权威发布_双极性晶体管和场效应管的区别(2024年11月精准访谈)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：观点更新日期：2024-11-28

双极性晶体管

变频器内部主电路结构采用“交-直-交”结构的低压变频器，其内部主电路由整流和逆变两大部分组成。从R、S、T端输入的三相交流电，经三相整流桥（由二极管VD1～VD6构成）整流成直流电，电压为UD。电容器C1和C2是滤波电容器。6个IGBT（绝缘栅双极性晶体管）V1～V6构成三相逆变桥，把直流电逆变成频率和电压任意可调的三相交流电。

三极管工作原理与5大应用场景详解三极管是一种应用广泛的双极性晶体管器件，具有放大功能。它由三层半导体材料组成，常见类型包括NPN和PNP。双极性晶体管不仅信号放大能力强，还具备较好的功率控制、高速工作和耐久能力，因此在电机、LED驱动器、音频等电路中广泛应用。三极管的工作原理 𐟧 三极管由基极、集电极和发射极组成，发射区和集电区由重掺杂的半导体材料制成，而基区则是轻掺杂的。其工作原理基于半导体材料的PN结特性和电荷控制原理。通过控制基极电流，可以实现对集电极和发射极之间电流的放大和开关控制。在PNP型三极管中，发射区和集电区是P型半导体，而基区是N型半导体。电流从集电区流向发射区。基区复合空穴主要由基极提供，基极用于激活晶体管，集电极收集电荷，发射极发射电荷载流子。发射区和集电区与基区之间通过PN结相连。三极管的应用场景 𐟓ኊ三极管的不同工作状态可以用于不同的应用场景。例如，三极管工作在线性放大区时，可以用于设计线性稳压器；工作在截止区和饱和区时，可以用作开关电源中的开关。三极管还广泛应用于放大器、振荡器、开关电路、逻辑门电路等，在音响、电话、扬声器、LED驱动电路等场景中也有广泛使用。放大作用 𐟔 当在基极和发射极之间加上一个小的输入信号（电压或电流）时，由于基区很薄且掺杂浓度低，基区中的电荷会迅速改变。这些电荷的变化会影响集电区和发射区之间的电流，从而在集电极和发射极之间产生一个放大了的输出信号。开关作用 𐟔„ 当基极电流为零时，三极管处于截止状态，集电极和发射极之间几乎没有电流流过。当基极电流增加到一定程度时，三极管进入饱和状态，集电极和发射极之间的电流达到最大值。通过控制基极电流，可以使三极管在截止和饱和状态之间切换，从而起到开关的作用。 NPN三极管的电流方向 𐟒ኊNPN三极管的电流是往管子内流，即基极和集电极电流流向发射极。以合科泰生产的两款NPN三极管S8050和S9013为例，它们具有各自的特性和应用场景。合科泰S8050 𐟓ž 合科泰生产的这款NPN三极管S8050具备高频放大能力，在电话和音响中广泛应用。它集电极基极能承受最大电压40V，发射极基极承受最大电压5V，最大放大倍数达400，耗散功率0.3W。通过了解三极管的工作原理和应用场景，可以更好地应用这种半导体器件，提升电路的性能和可靠性。

行业新闻：一芯片厂，将拿下特斯拉10年电源芯片订单！据外媒报道，韩国公司 DB Hitek 即将与特斯拉签订一份为期10年的合同，生产特斯拉汽车的电源管理芯片。该电源管理芯片由一家美国无晶圆厂芯片公司设计。早在今年6月份，负责监督特斯拉制造商的芯片质量控制的工作人员就去过 DB Hitek 工厂进行检查。此次考察之后，DB Hitek 在 8 月收到了第一份批准通知。自9月初以来，特斯拉一直在对使用 DB Hitek制造的电源管理芯片的车辆进行测试。芯片没有出现质量问题，DB Hitek 有望于10 月获得最终批准。 DB Hitek 是韩国的一家芯片代工厂，目前正在生产 130 nm BCD 电源管理芯片。其 BCD工艺允许将双极性晶体管、CMOS晶体管和DMOS晶体管组合到一个芯片中，从而减小了芯片尺寸，缩短了生产时间，并降低了成本。该工艺主要用于生产电源管理芯片。 DB Hitek 的电源管理芯片将用于特斯拉汽车的电子控制单元（ECU）。该芯片为 ECU 提供 120 V电源，每辆汽车搭载三到四个 ECU。如果该10年的合同获得最终批准，这对于 DB Hitek 来说是一次重大的胜利，并为其获得新的汽车制造商客户打开大门。

𐟔二极管全解析：从基础到应用 𐟒᤺Œ极管，作为电子电路中的明星元件，你真的了解它吗？今天，让我们一起走进二极管的神奇世界！ 𐟔餺Œ极管的核心原理在于其PN结的单向导电性。通过在PN结上加上引线和封装，我们得到了一个能够单向导电的二极管。 𐟒᤺Œ极管的特性包括单向导电性。当外加反向电压在一定范围内时，二极管处于截止状态，电流极小。但一旦超过某个数值，反向电流会突然增大，这就是电击穿现象，二极管将失去单向导电性。 𐟧那么，什么是N型半导体和P型半导体呢？N型半导体电子浓度高，主要靠自由电子导电；而P型半导体则以带正电的空穴导电为主。 𐟒ᐎ结，这个神奇的交界，将P型和N型半导体结合在一起。在电子器件中，如半导体二极管和双极性晶体管，都广泛应用了PN结。 𐟔示Œ极管的应用也是多种多样。整流二极管可以将交流电变为直流电，是低频整流电路的常用选择。而桥式整流堆则能更有效地调整电流方向。 𐟛᯸瞬态电压抑制二极管（TVS）则是一种高效的保护器件，当受到反向瞬态高能量冲击时，它能迅速降低阻抗，吸收浪涌功率，保护电路中的精密元件。 𐟓𘥅‰电二极管则是对光敏感的元件，可用于各种物体检测、光电控制等场景。而发光二极管（LED）则能将电能转化为光能，为我们带来光明。 𐟔„稳压二极管利用PN结的反向击穿状态来稳定电压，确保电路的稳定运行。肖特基二极管则是利用金属半导体结原理制作的热载流子二极管。 𐟚€此外，还有开关二极管、激光二极管、变容二极管、双向触发二极管等多种类型的二极管，它们在电子电路中发挥着各自的作用。 𐟒᧎𐥜诼Œ你是否对二极管有了更深入的了解呢？让我们一起探索电子世界的奥秘吧！

石墨烯场效应晶体管具有独特的结构，在多个领域得到了广泛应用。光电探测器是一种电子器件，它可以将光信号转化为电信号。由于其在现实生活中的广泛应用，许多科学家致力于研究这种器件，并创造了多种类型的光电探测器。以下是一些典型的光电探测器。以上提到的光电探测器的光响应度通常在A/W量级左右。但随着光电探测器的快速发展和大规模使用，人们对其性能的要求越来越高，希望这种器件不仅能够实现高响应度，而且还能具有较宽的工作带宽。为了满足这种需求，石墨烯的宽光谱吸收特性成为了制备宽光谱光电探测器的理想选择。由于金属材料带隙为零且载流子浓度较高，无法通过外加偏压的方法对金属材料的载流子浓度进行有效的调制,所以金属材料很难被用来制备场效应品体管(Field Effect Transistor,FET)。而石墨烯具有半金属特性，只有一个原子层厚度且载流子浓度较低，可以通过外加偏压的方法调制石墨烯的载流子浓度，所以石墨烯是用来制备场效应晶体管的理想材料。石墨烯场效应晶体管(GFET)由三个电极构成，分别是源极、漏极和栅极，其中源极和漏极是由金属与石墨烯沟道两端接触而成，栅极通过绝缘介质层与石墨烯层隔开。根据栅极和源、漏电极的相对位置，可以将石墨烯场效应管分为背栅型场效应晶体管和顶栅型场效应晶体管两种类型，如图 1.7 所示为两种类型场效应晶体管的结构示意图。栅极和源、漏电极不在同一面的为背栅型场效应晶体管: 栅极和源、漏电极在同一面的为顶栅型场效应晶体管。两种类型的场效应晶体管的工作原理是相同的，因为石墨烯的零带隙特性使得石墨烯场效应晶体管具有双极性特性，基于这一特性可以通过施加栅极电压的方式实现对石墨烯费米能级的调节作用，石墨烯的电导率会随着费米能级的变化而变化。图1.8是石墨烯场效应晶体管的转移特性曲线图，从图中可以看出，当对栅极施加负电压时，石墨烯的费米能级下移到价带，在负栅压的作用下石墨烯中空穴浓度增加，此时器件主要以空穴为导电电荷。当栅压等于0 V时，石墨烯的费米能级位于狄拉克点附近，此时石墨烯的载流子浓度最小，电导率也最小，因此将狄拉克点称为石墨烯的电中性点:当栅极电压为正时，石墨烯的费米能级移动到导带，石墨烯中电子浓度增大，此时器件主要以电子为导电电荷。由此可知，无论施加在栅极上的电压是正还是负，都可以改变石墨烯的电导率，减小器件的电阻。在 GFET 实际应用之前，对器件的电学特性进行分析研究是十分必要的。由于石墨烯仅由单层碳原子构成，所以每一个碳原子都位于石墨烯薄膜的表面。因此 GFET 的电学特性会受到外部环境和界面效应的影响，石墨烯与空气、金属电极以及绝缘衬底都有接触，这些接触会形成不同的界面，这些界面会对 GFET 的电学特性产生不同程度影响，此外所用的电极材料不同、衬底材料不同均会对电学特性产生影响。研究人员对 GFET 器件的电学特性研究主要集中在以下 3 个方面: 散射机制和输运特性研究，通过玻尔兹曼输运方程对石墨烯的电导率和载流子迁移率的影响因素进行研究，发现石墨烯的带电杂质散射、声子散射及因石墨烯表面缺陷所引起的短程散射等因素都会对电导率和迁移率产生影响。其中带电杂质的库伦散射是影响石墨烯迁移率的主要因素，通过计算得出，在衬底上石墨烯的迁移率小于 104cm2V-1S-1量级。没有衬底时，本征石墨烯的载流子迁移率高达 200000 cm2V-1S-1，所以减弱带电杂质的库伦散射能够有效提高石墨烯的迁移率。金属/石墨烯接触，因为金属电极和石墨烯的功函数不同，所以在接触界面处存在相互作用，这种相互作用会对石墨烯场效应晶体管的电学特性产生较大的影响。当两种材料之间的功函数相差较小时.在接触面间会形成较窄的势垒，电极和石墨烯之间形成良好的欧姆接触，当两种材料之间的功函数相差较大时，会在接触面间形成势垒结，电极和石墨烯之间会形成肖特基接触。一般情况下用金、铜、镍、铝等金属作为 GFET 的电极材料，这些金属会对石墨烯产生不同的掺杂作用。此外,不同的电极形状和尺寸也会对石墨烯场效应晶体管的电学特性产生影响。石墨烯的表面处理，因为石墨烯是单层薄膜结构，所以石墨烯中的碳原子都处于薄膜的表面，基于这一特点可以利用化学方法对石墨烯薄膜表面进行处理，进而达到改变石墨烯电学特性的目的。科研人员通过大量实验得出金属氧化物薄膜、有机分子、盐溶液、HNO3等都可以对石墨烯薄膜产生掺杂效应，改变石墨烯的电学特性。

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