静电感应晶体管

概述

　　静电感应晶体管是一种电压控制器件。在零栅压或很小的负栅压时，沟道区已全部耗尽，呈夹断状态，靠近源极一侧的沟道中出现呈马鞍形分布的势垒，由源极流向漏极的电流完全受此势垒的控制。在漏极上加一定的电压后，势垒下降，源漏电流I开始流动。漏压越高,I越大,亦即静电感应晶体管的源漏极之间是靠漏电压的静电感应保持其电连接的,因此称为静电感应晶体管。

　　1952年日本的渡边、西泽等人提出模拟晶体管的模型，1971年9月日本西泽润一发表静电感应晶体管的研究结果。在70年代中期，它作为音频功率放大器件在日本国内得到了迅速的发展，先后制出截止频率10兆赫、输出功率1千瓦和30兆赫、输出功率达2千瓦的静电感应晶体管。1974年之后，高频和微波功率静电感应晶体管有较大发展。已出现1吉赫下输出功率100瓦的内匹配合成器件和2吉赫下输出 10瓦左右的器件。静电感应型硅可控整流器已做到导通电流30安(压降为0.9伏)，开关时间为110纳秒。另外，已研制出 MOS型SIT和SIT低功耗、高速集成电路，其逻辑门的功率-延迟积的理论值可达1×10-15焦以下。

发展历史

　　静电感应晶体管的结构是由日本的西泽润一和渡边提出的，并于1970 年由西泽润一报道了只静电感应晶体管。SIT从基本结构、工作原理到重要的工艺即在高阻外延层上做P+隐埋栅，都是二十世纪六七十年代末在西泽半导体研究所开发的。由于SIT器件显示负温度特性，不引起电流集中，易实现大面积化，采用完美晶体生长技术把栅电阻做得非常小；高阻抗层的引入使电极间的电容大大减小，从而实现了高频、千瓦量级的大功率SIT器件。典型的器件有日本乐器公司的200W 60MHz音响放大器用的SIT、东北金属工业公司300W 、1KW、3KW的隐埋栅功率SIT，这些功率器件表现出典型的常开特性,可用于超声振荡器、工业用高频感应加热等。1976 年西泽润一又研制出平面栅结构的SIT。其后日本自动纺织机械制作所利用此技术制造了1000V、200A的常开型功率SIT，用于升降机的DC/AC电机调速。通过减小栅与漏间、栅与线路间的电容，采用能减少栅电阻的嵌入栅结构，1979 年三菱电机和东芝公司分别研制成了2GHz 10W；1GHz100W的微波大功率SIT，作为晶体管首次创造出微波频段、输出超过100W记录，证实了SIT作为晶体管优良的性能，并在开关电源、超声波发生器、广播功率放大器、空间技术等应用方面得以大力开发。经潜心研究和开发，1983 年美国GTE公司采用硅平面栅和隐埋栅型结构，研制成功了200～900MHz频带，输出功率100W及1.2GHz 、输出功率25W的SIT，用于卫星通信领域。1986 年50MHz、500W高频功率SIT进入市场。1987 年日本东芝将3KW常开型功率SIT用于100KHz、300KW的高频感应加热设备，同时开展了200KHz、1MW设备的试制工作。日本的东北金属工业株式会社将50～100W常开型SIT用于飞船。采用300W级的SIT研制出了KW超声波发生器，其中包括振子转换效率在75％以上；采用300W级SIT研制了100KHz、25V、60A开关电源，效率为70％。当时SIT的水平是：截止频率为30～50MHz，连续工作电流250A，阻断电压2000V。八十年代中后期，IGBT、VDMOS、MCT等新型器件的开发取代了SIT的研究，研究者们把精力放在更具有完美特性的器件上。主要制造厂商有日本的三菱电机、东芝公司、东北金属工业株式会社，法国的CNET，美国的GTE公司。

优点

　　①线性好、噪声小。用SIT制成的功率放大器,在音质、音色等方面均优于双极型晶体管。

　　②输入阻抗高、输出阻抗低，可直接构成OTL电路。

　　③SIT是一种无基区晶体管，没有基区少数载流子存储效应，开关速度快。

　　④它是一种多子器件，在大电流下具有负温度系数，器件本身有温度自平衡作用，抗烧毁能力强。

　　⑤无二次击穿效应，可靠性高。

　　⑥低温性能好，在-196下工作正常。⑦抗辐照能力比双极晶体管高50倍以上。

应用

　　静电感应晶体管的应用范围涉及到电机调速、感应加热系统、开关电源、高音质高频放大器、大功率中频广播发射机、电子镇流器、汽车电子器件和空间、军事等领域，可以说SIT的应用已深入到工业、航空、通信、日常生活等各个领域。

结构形式

　　静电感应晶体管主要有三种结构形式:埋栅结构、表面电极结构和介质覆盖栅结构。

　　①埋栅结构是典型结构（如图），适用于低频大功率器件；

　　②表面电极结构适用于高频和微波功率SIT;

　　③介质覆盖栅结构是中国研制成功的，这种结构既适用于低频大功率器件，也适用于高频和微波功率器件，其特点是工艺难度小、成品率高、成本低、适于大量生产。

和一般场效应晶体管的区别

　　静电感应晶体管和一般场效应晶体管(FET)在结构上的主要区别是：

　　①静电感应晶体管沟道区掺杂浓度低，为1012～1015厘米-3,FET则为1015～1017厘米-3；

　　②静电感应晶体管具有短沟道，在输出特性上，前者为非饱和型三极管特性，后者为饱和型五极管特性。