靜電感應(yīng)晶體管
時(shí)間：2025-03-24 03:07:10
靜電感應(yīng)晶體管—Static Induction Transistor，簡(jiǎn)稱SIT，實(shí)際上是一種結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。它是在普通結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的單極型電壓控制器件，有源、柵、漏三個(gè)電極,它的源漏電流受柵極上的外加垂直電場(chǎng)控制。靜電感應(yīng)晶體管是一種多子導(dǎo)電的器件，其工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，甚至超過(guò)電力MOSFET，而功率容量也比電力MOSFET大，因而適用于高頻大功率場(chǎng)合。
概述
靜電感應(yīng)晶體管是一種電壓控制器件。在零柵壓或很小的負(fù)柵壓時(shí)，溝道區(qū)已全部耗盡，呈夾斷狀態(tài)，靠近源極一側(cè)的溝道中出現(xiàn)呈馬鞍形分布的勢(shì)壘，由源極流向漏極的電流完全受此勢(shì)壘的控制。在漏極上加一定的電壓后，勢(shì)壘下降，源漏電流I開(kāi)始流動(dòng)。漏壓越高,I越大,亦即靜電感應(yīng)晶體管的源漏極之間是靠漏電壓的靜電感應(yīng)保持其電連接的,因此稱為靜電感應(yīng)晶體管。
1952年日本的渡邊、西澤等人提出模擬晶體管的模型，1971年9月日本西澤潤(rùn)一發(fā)表靜電感應(yīng)晶體管的研究結(jié)果。在70年代中期，它作為音頻功率放大器件在日本國(guó)內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，先后制出截止頻率10兆赫、輸出功率1千瓦和30兆赫、輸出功率達(dá)2千瓦的靜電感應(yīng)晶體管。1974年之后，高頻和微波功率靜電感應(yīng)晶體管有較大發(fā)展。已出現(xiàn)1吉赫下輸出功率100瓦的內(nèi)匹配合成器件和2吉赫下輸出 10瓦左右的器件。靜電感應(yīng)型硅可控整流器已做到導(dǎo)通電流30安(壓降為0.9伏)，開(kāi)關(guān)時(shí)間為110納秒。另外，已研制出 MOS型SIT和SIT低功耗、高速集成電路，其邏輯門(mén)的功率-延遲積的理論值可達(dá)1×10-15焦以下。
發(fā)展歷史
靜電感應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)是由日本的西澤潤(rùn)一和渡邊提出的，并于1970 年由西澤潤(rùn)一報(bào)道了只靜電感應(yīng)晶體管。SIT從基本結(jié)構(gòu)、工作原理到重要的工藝即在高阻外延層上做P+隱埋柵，都是二十世紀(jì)六七十年代末在西澤半導(dǎo)體研究所開(kāi)發(fā)的。由于SIT器件顯示負(fù)溫度特性，不引起電流集中，易實(shí)現(xiàn)大面積化，采用完美晶體生長(zhǎng)技術(shù)把柵電阻做得非常??；高阻抗層的引入使電極間的電容大大減小，從而實(shí)現(xiàn)了高頻、千瓦量級(jí)的大功率SIT器件。典型的器件有日本樂(lè)器公司的200W 60MHz音響放大器用的SIT、東北金屬工業(yè)公司300W 、1KW、3KW的隱埋柵功率SIT，這些功率器件表現(xiàn)出典型的常開(kāi)特性,可用于超聲振蕩器、工業(yè)用高頻感應(yīng)加熱等。1976 年西澤潤(rùn)一又研制出平面柵結(jié)構(gòu)的SIT。其后日本自動(dòng)紡織機(jī)械制作所利用此技術(shù)制造了1000V、200A的常開(kāi)型功率SIT，用于升降機(jī)的DC/AC電機(jī)調(diào)速。通過(guò)減小柵與漏間、柵與線路間的電容，采用能減少柵電阻的嵌入柵結(jié)構(gòu)，1979 年三菱電機(jī)和東芝公司分別研制成了2GHz 10W；1GHz100W的微波大功率SIT，作為晶體管首次創(chuàng)造出微波頻段、輸出超過(guò)100W記錄，證實(shí)了SIT作為晶體管優(yōu)良的性能，并在開(kāi)關(guān)電源、超聲波發(fā)生器、廣播功率放大器、空間技術(shù)等應(yīng)用方面得以大力開(kāi)發(fā)。經(jīng)潛心研究和開(kāi)發(fā)，1983 年美國(guó)GTE公司采用硅平面柵和隱埋柵型結(jié)構(gòu)，研制成功了200～900MHz頻帶，輸出功率100W及1.2GHz 、輸出功率25W的SIT，用于衛(wèi)星通信領(lǐng)域。1986 年50MHz、500W高頻功率SIT進(jìn)入市場(chǎng)。1987 年日本東芝將3KW常開(kāi)型功率SIT用于100KHz、300KW的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，同時(shí)開(kāi)展了200KHz、1MW設(shè)備的試制工作。日本的東北金屬工業(yè)株式會(huì)社將50～100W常開(kāi)型SIT用于飛船。采用300W級(jí)的SIT研制出了KW超聲波發(fā)生器，其中包括振子轉(zhuǎn)換效率在75％以上；采用300W級(jí)SIT研制了100KHz、25V、60A開(kāi)關(guān)電源，效率為70％。當(dāng)時(shí)SIT的水平是：截止頻率為30～50MHz，連續(xù)工作電流250A，阻斷電壓2000V。八十年代中后期，IGBT、VDMOS、MCT等新型器件的開(kāi)發(fā)取代了SIT的研究，研究者們把精力放在更具有完美特性的器件上。主要制造廠商有日本的三菱電機(jī)、東芝公司、東北金屬工業(yè)株式會(huì)社，法國(guó)的CNET，美國(guó)的GTE公司。
優(yōu)點(diǎn)
?、倬€性好、噪聲小。用SIT制成的功率放大器,在音質(zhì)、音色等方面均優(yōu)于雙極型晶體管。
?、谳斎胱杩垢?、輸出阻抗低，可直接構(gòu)成OTL電路。
?、跾IT是一種無(wú)基區(qū)晶體管，沒(méi)有基區(qū)少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，開(kāi)關(guān)速度快。
④它是一種多子器件，在大電流下具有負(fù)溫度系數(shù)，器件本身有溫度自平衡作用，抗燒毀能力強(qiáng)。
?、轃o(wú)二次擊穿效應(yīng)，可靠性高。
⑥低溫性能好，在-196下工作正常。⑦抗輻照能力比雙極晶體管高50倍以上。
應(yīng)用
靜電感應(yīng)晶體管的應(yīng)用范圍涉及到電機(jī)調(diào)速、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)電源、高音質(zhì)高頻放大器、大功率中頻廣播發(fā)射機(jī)、電子鎮(zhèn)流器、汽車電子器件和空間、軍事等領(lǐng)域，可以說(shuō)SIT的應(yīng)用已深入到工業(yè)、航空、通信、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。
結(jié)構(gòu)形式
靜電感應(yīng)晶體管主要有三種結(jié)構(gòu)形式:埋柵結(jié)構(gòu)、表面電極結(jié)構(gòu)和介質(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)。
?、俾駯沤Y(jié)構(gòu)是典型結(jié)構(gòu)（如圖），適用于低頻大功率器件；
?、诒砻骐姌O結(jié)構(gòu)適用于高頻和微波功率SIT;
?、劢橘|(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)是中國(guó)研制成功的，這種結(jié)構(gòu)既適用于低頻大功率器件，也適用于高頻和微波功率器件，其特點(diǎn)是工藝難度小、成品率高、成本低、適于大量生產(chǎn)。
和一般場(chǎng)效應(yīng)晶體管的區(qū)別
靜電感應(yīng)晶體管和一般場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是：
①靜電感應(yīng)晶體管溝道區(qū)摻雜濃度低，為1012～1015厘米-3,FET則為1015～1017厘米-3；
②靜電感應(yīng)晶體管具有短溝道，在輸出特性上，前者為非飽和型三極管特性，后者為飽和型五極管特性。
