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陶显芳的专栏

    这主要从两个方面来考虑:一个是材料和工艺问题;另一个是电气性能问题。

    P型半导体是在单晶硅(或锗)中参入微量的三价元素,如:硼、铟、镓或铝等;N型半导体是在单晶硅(或锗)中参入微量的五价元素,如:磷、锑、砷等。P型半导体与N型半导体,在材料成本方面应该差别不是很大,但要把它做成一个电子产品,在生产工艺方面会存在很大的差异。

    例如,用本征锗材料制作PNP晶体管相对于用本征锗材料制作NPN晶体管容易很多,因为铟与锗比较容易结合(扩散);同样,用本征硅材料制作NPN晶体管,相对于用本征硅材料制作PNP管要容易很多。

    某种半导体生产工艺的诞生并不是一天就可以达到尽善尽美的,需要通过大量试验和经验积累。早期生产的场效应管大部分是结型场效应管,这种结型场效应管在结构方面与PNP晶体管很相似,两者的区别主要是基区引出电极的区别(基极与源极和漏极)。晶体管把中间的一层(N区)当成一个电极引出称为基极,其余上下两层(P-P区)分别当发射极和集电极引出;而场效应管则是把基区当成一个导电沟道(N沟道),并在其两端分别引出一个电极,称为源极和漏极,其余上下两层(P-P区)分别当源极和栅极引出。

    绝缘栅场效应管则是从结型场效应管演变过来的,把结型场效应管中的栅极(P型半导体)换成金属氧化物,就可变成一个绝缘栅场效应管,简称MOS管。早期的MOS管大量的都是采用N沟道结构(N沟道结构采用P型半导体做衬底),P沟道结构的场效应管(P沟道结构采用N型半导体做衬底)的诞生,相对要比N沟道结构的场效应管晚。可能是由于工艺上的原因,P沟道场效应管的价格一直比N沟道场效应管的价格高很多,但电性能却比N沟道结构场效应管差很多,因此,P沟道场效应管使用的人很少。

    P沟道场效应管比N沟道场效应管电性能差的原因,主要是沟道材料的电气性能不一样。在N沟道中参与导电的是电子,而在P沟道中参与导电的是空穴,两者在单位电场强度下的迁移率相差非常大。电子的迁移率远远大于空穴的迁移率,即N沟道的导电性能要比P沟道的导电性能好。因此N沟道场效应管的导通速度或工作频率要远远高于P沟道场效应管。

另外,用于制作场效应管栅极的金属氧化物,其与N型半导体的接点电位差,和与P型半导体接点电位差,不但数值不一样,而且极性也不一样。作为场效应管栅极的金属氧化物,与P型半导体的接点电位差要比N型半导体的接点电位差低(绝对值)。

    因此,P沟道场效应管和N沟道场效应管的工作电压极性也不一样,两者正好相反,并且输入、输出特性也不完全一样。P沟道场效应管的输入、输出特性与PNP晶体管的输入、输出特性相似;而N沟道场效应管的输入、输出特性与NPN晶体管的输入、输出特性相似。但场效应管属于电压控制特性,而晶体管则属于电流控制特性,两者还是存在本质上的区别。

    所谓节点电位差,就是两种不同性质的物体互相接触在一起的时候,由于组成物体的物质的外层电子的能级不同,在两物体接触界面处所产生的电位差(一个带正电,另一个带负电)。

    MOS管的诞生相对来说还是比较早的,由于早期生产的MOS管相对于晶体管来说,可靠性很差,所以MOS管迟迟没有被大批量使用。直到微型计算机及大量数字电路产品出现以后,特别是CMOS大规模集成电路技术诞生之后, MOS管才被广泛应用。

    CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互补金属氧化物半导体)是一种同时采用两种工艺(垂直外延和横向外延)制造MOS管的大规模集成电路新技术(请参看问答1),鉴于N沟道场效应管在生产工艺和电气性能方面均比P沟道场效应管优越的原因,CMOS电路采用P衬底是理所当然的,因为在采用CMOS产生工艺的集成电路中,N沟道场效应管的数量要远远高于P沟道场效应管的数量。
  • 阅读(47822)  |   评论(22)  |   推荐(129)
网友评论
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  • 匿名我 也是 老陶家的 人
  • 2012/6/8 11:17:35回复
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  • 匿名不错,支持
  • 2012/4/26 13:53:04回复
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  • 匿名半导体的知识太深奥,很难懂
  • 2012/4/26 13:52:47回复
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  • 匿名路过看看~~~~~~~~~~
  • 2012/4/26 13:52:19回复
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  • 匿名专业
  • 2012/4/26 13:52:02回复
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  • 匿名CMOS工艺P衬底与N衬底有什么区别
  • 2012/4/24 16:40:37回复
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  • 匿名一个是材料和工艺问题;另一个是电气性能问题。
  • 2012/4/24 11:22:59回复
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  • 匿名不错
  • 2012/4/24 11:22:33回复
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  • 匿名谢谢分享
  • 2012/4/24 11:22:16回复
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  • 匿名沟道材料的电气性能不一样
  • 2012/4/24 11:21:53回复
  • 发表评论(已有22条评论)
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