晶體管被認為是20世紀最偉大的發明之一，因為沒有晶體管就不會有現代電腦、手機或平板??，你也無法閱讀到這里的內容，因為不存在網絡。 ——本文純粹出于對過往奮斗在這個領域中科學家的緬懷。科學家有太多寶貴的思想和經驗值得我們認真總結和提煉，我想最好的紀念是傳承，最好的告慰是奮進，同樣在我們的工作和生活之中，要秉承先輩的科研精神 —— “做科學，不是簡單地承擔一項或幾項課題就完事了，要從科研中找到你的責任，找到你的擔當，這是科研者應該具備的品格。”

半導體的理論研究和技術應用的進展為新型電子器件的誕生奠定了理論和技術條件。這一切起源于1945年，貝爾實驗室成立了以 肖克利(William Shockley) 和 摩根(Stanley Morgan) 領導的固體物理研究小組，其中肖克利還成立以 沃爾特·布拉頓(Walter Brattain)、皮爾遜(Gerald Pearson)、吉布尼(Robert Gibney) 和 約翰·巴丁(John Bardeen) 為核心成員的固體物理半導體研究分組。根據分工，皮爾遜研究硅晶體和鍺晶體的特性，布拉頓研究半導體的表面現象，肖克利和巴丁負責實驗的理論解釋。根據肖克利的安排，巴丁著手研究“場效應”檢驗。 實驗中，當用鍺晶體代替硅晶體時，出現了肖克利預測的場效應現象。1947年11月21日，在測量晶體上電位分布時巴丁向布拉頓偶然建議，用一根金屬的尖端刺到硅片上，通過改變周圍電解質的電壓來改變點觸下方的硅晶體的電阻，由此控制流入到接觸點上的電流。此后，他們用鍺晶體代替硅晶體，用各種方法不斷縮小兩個接觸點之間的距離，終于在12月16日出現了功放系數高達450%的奇跡，一種新型的電子器件誕生了。1948年6月30日，這種新型電子器件被正式命名為晶體管(transistor)。

晶體管的發明推動了半導體工業、計算機、信息技術的發展，使得電子器件更小、更快、更節能，被認為是現代科技最重要的發明之一。

然而，肖克利因在關鍵實驗中沒有在場而錯失點接觸晶體管的發明。緊接著，在1949年，肖克利提出PN結和面結型晶體管理論，并在實驗室研制出結型晶體管。結型晶體管因優勢明顯，很快取代了點接觸晶體管，獲得了廣泛應用。此后，相繼出現PNP合金管、合金擴散管和臺面晶體管等。1952年，肖克利發明結型場效應晶體管及其基本理論。1953年，肖克利研制出硅結型場效應晶體管。1956年，因肖克利對三種晶體管及其制作工藝都做出了重大貢獻，與巴丁、布拉頓一起獲得了諾貝爾物理學獎。

1956 年諾貝爾物理學獎授予美國加利福尼亞州景山（Mountain View）貝克曼儀器公司半導體實驗室的肖克利（William Shockley，1910—1989）、美國伊利諾伊州烏爾班那伊利諾伊大學的巴丁（John Bardeen，1908—1991）和美國紐約州繆勒海爾（Murray Hill）貝爾電話實驗室的布拉坦（Walter Brattain，1902—1987），以表彰他們對半導體的研究和晶體管效應的發現。

1945 年夏，一項以半導體材料為主要內容的固體物理學研究任務在貝爾實驗室確定了下來。1946 年 1 月，正式成立固體物理研究組，其宗旨就是要對固體物理學進行深入探討，從而指導半導體器件的研制。正如巴丁在諾貝爾獎演說詞中說的：“這項研究計劃的總目標是想在原子理論的基礎上（而不是憑經驗），對半導體現象獲得盡可能完整的理解。”

貝爾實驗室創建于 1925 年，它隸屬于美國電話電報公司（AT&T）及其子公司西方電器公司，后來幾經并轉，發展成為“全美最大的制造發明工廠”。1987 年職工人數21 000 人，其中專家 3 400 人，研究經費 20 億美元，是世界最大的由企業經辦的科學實驗室之一，歷年來發明了有聲電影（1926 年）、電動計算機（1937 年）、晶體管（1947 年）、激光器（1960 年），發現電子衍射（1927 年）和宇宙微波背景輻射（1965 年）等，先后有多位科學家獲諾貝爾物理學獎。

貝爾實驗室視基礎研究為戰略需要，而基礎研究面向實際應用，和開展新技術緊密結合，使支持它的企業以技術領先在世界上處于不敗之地。正是這一方針，導致晶體管不是在別的地方，而是在這個一貫重視半導體研究的貝爾實驗室問世。由于晶體管比電子管有體積小、耗電省、壽命長、易固化等優點，它的誕生使電子學發生了根本性的變革，晶體管的發現撥快了自動化和信息化的步伐，從今往后，對人類社會的經濟和文化產生了深刻的影響。

晶體管由半導體材料組成，至少有三個對外端點稱之為極。晶體管受控極輸入的電流或電壓，改變輸出端的阻抗，從而控制通過輸出端的電流，因此晶體管可以作為電流開關，而因為晶體管輸出信號的功率可以大于輸入信號的功率，因此晶體管可以作為電子放大器。

晶體管有不同的類型，如雙極結型、場效應型、光敏型和磁敏型，分別受電流、電壓、光強和磁場的控制。它在電子電路中有多種應用，如放大器、開關、振蕩器和穩壓器等。晶體管是現代電子的基本構建塊之一。

晶體管的由來

1946 年在貝爾實驗室成立了固體物理研究組，最初的成員共有七位專家。組長肖克利是半導體物理學理論家，副組長是摩根（S.Morgan）。另外還有半導體專家皮爾遜（G.L.Pearson）和實驗物理學家布拉坦。巴丁也是這個小組的成員，他是一位出色的固體物理學家。此外，物理化學家吉布尼（R.B.Gibney）、電子線路專家**摩爾（H.R.Moore）也是小組成員。這個小組還跟冶金學家，電子技術專家，材料科學專家保持密切聯系。就在這個時候，貝爾實驗室的奧爾（R.S.Ohl）**等人已經掌握了有效的提純工藝，能夠用摻雜的方法控制半導體的導電類型，為制備高質量的半導體材料準備了條件。小組內成員齊心協力，互補長短，學術上開展民主、有新想法、新問題，就及時討論。他們目標明確，集體攻關，很快就取得了出人意料的成果。

首先，由理論家肖克利根據莫特-肖特基的整流理論和當時的實踐經驗，提出了一個預言。 他認為，假如半導體片的厚度與表面空間電荷層相近，即有可能用垂直于表面的電場來調節表面層的電阻率，從而使平行于表面的電流受到控制。這樣，就有可能產生放大效應。這個大膽的設想實際上就是后來 “場效應管”的先導， 然而無論在理論上和實驗上，“場效應管”當時都還未成熟。莫特-肖特基的整流理論在解釋摻雜半導體的性質時遇到難以解釋的矛盾。20 世紀 30 年代后期，上面提到的奧爾在研究半導體材料時，把摻五價元素雜質的硅叫 N 型硅（因電子過剩，載流子呈負性），摻三價元素雜質的硅叫 P 型硅（因電子欠缺，載流子呈正性）。如果根據莫特-肖特基的整流理論，則 N 型硅和 P 型硅相接觸時，將會產生可觀的接觸電勢差，但是實際上卻沒有觀測到這樣的接觸電勢差，更無法由此做成整流器。

經過認真研究，巴丁提出了表面態理論。他認為，半導體的表面上有可能吸附一些正離子或負離子，從而使半導體表面形成表面能級，就像半導體內的雜質會使半導體內部形成雜質能級一樣。巴丁的表面態理論使人們對表面和界面的認識提高了一大步，指引了前進的方向。肖克利和巴丁測量了一系列雜質濃度不同的 P 型和 N 型硅的表面接觸電勢。他們發現，經過不同表面處理或在不同的氣氛中，接觸電勢也不相同。接著，布拉坦在實驗中注意到，光照射到硅的表面會引起接觸電勢的變化。這就產生了光生電動勢。

為了研究光生電動勢的變化，小組成員做了大量實驗，其中包括測量鍺和硅的接觸電勢與溫度的關系。為了避免水汽凝結在半導體表面，他們把樣品和參考電極浸在液體中，所用的液體實際上是電解質，例如普通的水，電解質可以起導電作用。他們發現，液滴浸潤會使光生電動勢大大增加。而且，如果改變樣品與電極之間電壓的大小和極性時，光生電動勢也隨之改變。經過討論，他們很快就明白了，這正是肖克利指出的場效應。電解液改變了半導體表面的電荷分布和電勢分布，從而影響到半導體表面的導電性。這一發現促使固體物理小組增強了利用場效應達到放大作用的信心。又是富有創見的巴丁第一個提出新的方案。他根據場效應原理設計了半導體放大器件的幾何裝置圖，與布拉坦商議后，立即到實驗室做實驗。他們用一層薄石蠟封住金屬針尖，再把針尖插入 P 型硅片經過處理已經變成 N 型的表面內，如圖 1 所示。在針尖周圍放一滴水作電解液，使水接觸到硅表面。針與水互相絕緣。果然，實驗結果與預計相符：加在水和硅片之間的電壓會改變從硅片流向針尖的電流。就在這天，他們獲得了半導體器件的功率放大效應。他們改用 N 型鍺來做實驗，放大效果更好。眼看半導體放大器件成功了，然而，事情并沒有那么簡單，這種裝置并沒有實用價值。首先一個問題是，水易于蒸發，難以維持穩定的表面態，即使改用不易揮發的硼酸二醇，也還存在響應頻率過低的問題。這個裝置只能在 8 Hz 以下的頻率工作。電解液的動作太緩慢了，必須想辦法改進。

圖 1：在針尖周圍放一滴水（作電解液），使水接觸到硅表面

在進一步的實驗中，他們注意到電解液下面的鍺表面有一層氧化膜，氧化膜是絕緣的，于是就直接在氧化膜上蒸鍍一個金點作為電極，氧化膜在金點與鍺片之間起絕緣作用。在金點中央留一小孔以便讓針尖與鍺片接觸。然而當他們在兩極之間加上電壓時，意外的事出現了。針尖與金點之間發生了放電現象，繼而鍺片流向針尖的電流大增。原來，氧化膜不甚牢靠，絕緣層很容易就被破壞了。顯然這一方案是行不通的。但是，他們一點兒也沒有泄氣。他們決定在鍺表面上做兩個充分靠近的點接觸，他們想方設法把兩根極細的金絲以最近的距離接觸鍺片，金絲的直徑約 5 密耳（1密耳 = 10 ?3 英寸），兩根絲的間距要小于 2 密耳，這在工藝上簡直是無法實現的難題。然而，實驗技術非常高明的布拉坦竟想出了一條妙計。他讓助手剪了一塊三角形的塑料片，在其狹窄而平坦的側面上牢固地粘上金箔，金箔兩端連接引線，以便接通電源進行檢查。然后小心地用薄刀片從三角形塑料片的頂端把金箔割開。由于頂端非常尖細，可以做到兩側的間距非常小。再用彈簧加壓的方法把塑料片連同金箔一起壓在經過處理的鍺片上，如圖 2 所示。布拉坦在筆記上這樣寫道：“我發現，假如我輕輕地搖動它，使它處于最佳的接觸位置，就可以得到半導體與金箔兩端的兩個點接觸。一個當成發射極，另一個當成集電極。這樣，我就得到了一個放大倍數達 100 量級的放大器。而且音頻還是清晰的。”

圖 2：用彈簧加壓的方法把塑料片連同金箔一起壓在經過處理的鍺片上

圖 3：三角形塑料片用彈簧壓接在鍺片表面上

接著，他們又做了振蕩實驗，證明半導體器件也可以用作振蕩器。

第一個晶體管是點接觸型的，使用起來還不夠方便。肖克利于 1948 年 1 月，又構思了一種新型的晶體管。其結構有點像三明治，N 型半導體夾在兩層 P 型半導體之間，這就是結型晶體管。他寫了一篇關于這一設計的論文，可是《物理評論》雜志拒絕發表，認為論文中所用的量子力學不夠精確。肖克利不服，于 1948 年 6 月，為結型晶體管的設計申請了專利，又在 1949 年寫了一篇題為《半導體中的 P-N 結和 P-N 結型晶體管的理論》，后來發表在貝爾實驗室內部的雜志上。接著，又在 1950 年出版的著作《半導體中的電子和空穴》中詳盡地討論了結型晶體管的原理，1952年編輯了《近乎完美晶體的缺陷》。書集包括肖克利關于漂移和擴散的批判性思想以及控制固態晶體中電子流動的微分方程。 還描述了肖克利的二極管方程。這項開創性的工作成為其他科學家的參考書，他們致力于開發和改進晶體管以及基于半導體的其他器件的新變體。他的工作早就受到同行的廣泛注意。然而，由于半導體材料的單晶化長期沒有解決，拖延了對他的理論進行驗證。直到蒂爾（G.K.Teal）和利特爾（J.B.Little）研究成功生長大單晶鍺的工藝后，肖克利才在 1950 年 4 月制成第一個結型晶體管。結型晶體管的實際應用比點接觸型晶體管廣泛得多，從此，開始了電子技術的新紀元。

在結型晶體管的基礎上發展起來的電子技術日新月異，從小規模集成電路，到中規模集成電路，大規模集成電路，再到超大規模集成電路，一代一代，層出不窮，透過技術的發展深刻的改善了人類社會的生活方式。以肖克利、巴丁、布拉坦為代表的貝爾實驗室固體小組為人類社會作出了不朽的貢獻。

結構及原理

晶體管一般都有三個極，其中一極兼任輸入及輸出端子，(B)基極不能做輸出，?集電極不能做輸入之外，其余兩個極組成輸入及輸出對。

晶體管之所以有如此多用途在于其信號放大能力，當微細信號加于其中的一對極時便能控制在另一對極較大的信號，這特性叫增益。當晶體管于線性工作時，輸出的信號與輸入的訊息成比例，這時晶體管就成了一放大器。這是在模擬電路中的常用方式，例如電子放大器、音頻放大器、射頻放大器、穩壓電路； 當晶體管的輸出不是完全關閉就是完全導通時，這時晶體管便是被用作開關使用。這種方式主要用于數字電路，例如數字電路包括邏輯門、隨機存取內存（RAM）和微處理器。另外在開關電源中，晶體管也是以這種方式工作。

而以何種形式工作，主要取決于晶體管的特性及外部電路的設計。雙極性晶體管的三個極，發射極（Emitter）、基極（Base）和集電極（Collector）; 射極到基極的微小電流，會使得發射極到集電極之間的阻抗改變，從而改變流經的電流；場效應晶體管的三個極，源極（Source）、閘（柵）極（Gate）和漏極（Drain）。 在柵極與源極之間施加電壓能夠改變源極與漏極之間的阻抗，從而控制源極和漏極之間的電流。

晶體管因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是發射極接地（又稱共射放大、CE組態）、基極接地（又稱共基放大、CB組態）和集電極接地（又稱共集放大、CC組態、發射極隨隅器）。晶體管在應用上有許多要注意的最大額定值，例如最大電壓、最大電流、最大功率。若在超額的狀態下使用，會破壞晶體管內部的結構。每種型號的晶體管還有像是直流放大率hFE、NF噪訊比等特性，可以借由晶體管規格表得知。

技術指標：晶體管的主要參數有電流放大系數、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。

電流放大系數：電流放大系數是指晶體管的輸出電流與輸入電流之比，反映了晶體管的放大能力。電流放大系數分為共射直流放大系數（β）和共基直流放大系數（α），它們之間的關系是：β=α/(1-α)。

耗散功率：耗散功率是指晶體管在工作時所消耗的功率，它決定了晶體管的溫升和穩定性。耗散功率與集電極電流和集電極電壓的乘積成正比，即P=IcVce。耗散功率不能超過晶體管的最大允許值，否則會導致晶體管損壞。

頻率特性：頻率特性是指晶體管對不同頻率信號的放大能力，它受到晶體管內部結電容和寄生電感的影響。頻率特性可以用特征頻率（fT）來表示，它是指使共射交流電流放大系數降低到1的信號頻率。特征頻率越高，表明晶體管對高頻信號的放大能力越強。

集電極最大電流：集電極最大電流是指使晶體管的直流放大系數明顯下降的集電極電流值，它反映了晶體管的飽和程度。集電極最大電流與晶體管的結構和材料有關，一般在規格書中給出。

最大反向電壓：最大反向電壓是指使晶體管發生擊穿現象的極間反向電壓值，它反映了晶體管的耐壓能力。最大反向電壓與晶體管的結構和材料有關，一般在規格書中給出。

反向電流：反向電流是指在極間加反向電壓時通過晶體管的微小電流，它反映了晶體管的漏電現象。反向電流與溫度有關，溫度越高，反向電流越大。反向電流越小，表明晶體管的性能越穩定。

晶體管的特性

晶體管是一種半導體器件，可以用于放大或開關電信號和功率。晶體管的特性是指它在不同的工作狀態下的電壓、電流和功率之間的關系。晶體管的特性可以用圖形或數學公式來表示，常見的有以下幾種：

輸入特性

指在固定的輸出電壓下，輸入電壓與輸入電流之間的關系。例如，在共射極連接方式下，輸入特性是基極-發射極電壓V BE 與基極電流I B 之間的關系。輸入特性反映了晶體管輸入端的阻抗，也影響了晶體管的放大能力。

輸出特性

指在固定的輸入電流下，輸出電壓與輸出電流之間的關系。例如，在共射極連接方式下，輸出特性是集電極-發射極電壓V CE 與集電極電流 I C 之間的關系。輸出特性反映了晶體管輸出端的阻抗，也影響了晶體管的功率放大能力。

NPN型晶體管的伏安特性曲線

傳輸特性

指在固定的輸出電壓下，輸入電流與輸出電流之間的關系。例如，在共射極連接方式下，傳輸特性是基極電流 I B 與集電極電流 I C 之間的關系。傳輸特性反映了晶體管的電流放大能力，也稱為電流放大系數或β值。

MOS管開關特性

頻率特性

指在不同的信號頻率下，晶體管放大倍數或增益隨頻率變化的關系。頻率特性反映了晶體管對高頻信號的響應能力，也影響了晶體管在通信、數字和模擬電路中的應用范圍。

晶體管頻率特性曲線

晶體管的分類

晶體管又稱為晶體三極管，最常見的兩種晶體管為場效應晶體管（FET）和雙極性晶體管（BJT），常見的分類方法為：按材料分類（最早使用的分類）、按工作原理分類、按結構形式分類、按功率等級分類、按頻率特性分類等。

嚴格意義上講，晶體管泛指一切以半導體材料為基礎的單一元件，包括各種半導體材料制成的二極管、三極管、場效應管、可控硅等。晶體管有時多指晶體三極管。

晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）。

晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發射極（Emitter）、基極(Base) 和集電極（Collector），分別是發射極接地（又稱共射放大、CE組態）、基極接地（又稱共基放大、CB組態）和集電極接地（又稱共集放大、CC組態、發射極隨耦器）。

晶體管是一種半導體器件，放大器或電控開關常用。晶體管是規范操作電腦，手機，和所有其 他現代電子電路的基本構建塊。由于其響應速度快，準確性高，晶體管可用于各種各樣的數字和模擬功能，包括放大，開關，穩壓，信號調制和振蕩器。晶體管可獨立包裝或在一個非常小的的區域，可容納一億或更多的晶體管集成電路的一部分。

按半導體材料分類

材料：按晶體管使用的半導體材料可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管。按晶體管的極性可分為鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。

硅（Si）晶體管
硅是最常用的半導體材料，用于制造各種類型的晶體管，如雙極型晶體管（BJT）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）、金屬半導體場效應晶體管（MESFET）等。硅晶體管具有成本低、工藝成熟、可靠性高等優點，廣泛應用于數字電路、模擬電路、功率電路等領域。

碳（C）晶體管
碳是一種具有多種同素異形體的元素，其中石墨烯和碳納米管是兩種具有潛在應用價值的二維和一維碳材料。基于石墨烯和碳納米管的晶體管已經被實驗制造出來，表現出高遷移率、高開關比、高頻率等特性，有望用于超大規模集成電路、柔性電子器件、生物傳感器等領域。

三五族半導體晶體管
三五族半導體是指由元素周期表第三族和第五族元素組成的化合物半導體，如砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碲化鎘（CdTe）等。三五族半導體晶體管具有高電子遷移率、高頻率、高溫度穩定性等特性，適合用于微波、光電等領域。

有機半導體晶體管
有機半導體是指由碳和氫組成的有機分子或聚合物構成的半導體材料，如聚苯乙烯（P3HT）、富勒烯（C60）等。有機半導體晶體管具有低成本、易加工、可柔性等優點，可用于制造有機發光二極管（OLED）、有機太陽能電池、有機傳感器等器件。

按工作原理分類

雙極性晶體管（BJT）
雙極性晶體管同時利用半導體中的多數載流子及少數載流子導通，因此得名。雙極性晶體管是第一個量產的晶體管，是由二種不同接面的二極管組成，其結構可分為二層N型半導體中間夾一層P型半導體的NPN晶體管，以及二層P型半導體中間夾一層N型半導體的PNP晶體管。因此會有二個PN結，分別是基極-發射結及基極-集電結，中間隔著一層的半導體，即為基極。雙極性晶體管和場效應晶體管不同，雙極性晶體管是低輸入阻抗的器件。當基集電極電壓（Vbe）提高時，集電極發射極電流（Ice）會依肖克基模型及艾伯斯-莫爾模型，以指數形式增加。因此雙極性晶體管的跨導比FET要高。雙極性晶體管也可以設計為受到光照射時導通，因為基極吸收光子會產生光電流，其效應類似基極電流，集電極電流一般是光電流的β倍，這類的晶體管一般會在封裝上有一透明窗，稱為光晶體管。

場效應晶體管（FET）
場效應晶體管利用電子（N溝道FET）或是空穴（P溝道FET）導通電流。場效應晶體管都有柵極（gate）、漏極（drain）、源極（source）三個極，若不是結型場效應晶體管，還會有一極，稱為體（body）。大部分的場效應晶體管中，體（body）會和源極相連。在場效應晶體管中，源漏極電流會流過連接源極和漏極之間的溝道，導通程度會依柵極和源極之間的電壓產生的電場而定，因此可以利用閘源極電壓控制源漏極電流，做為一個簡單的開關。當閘源極電壓Vgs變大時，若Vgs小于臨界電壓 VT 時，源漏極電流 I ?? 會指數方式增加，若Vgs大于臨界電壓VT 時，源漏極電流和閘源極電壓會有以下的平方關系 I ?? 正比于 (Vgs - VT ) 2，其中 VT 是臨界電壓。不過在一些現代的器件中，觀察不到上述的平方特性，像是65納米及以下溝道長度的器件。場效應晶體管可以分為兩種：分別是結型場效應管（JFET）及絕緣柵極場效應管（IGFET），后者最常見的是金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET），其名稱上反映了其原始以金屬（柵極）、氧化物（絕緣層）及半導體組成的架構。結型場效應晶體管在源漏極之間形成了PN二極管。因此N溝道的JFET類似真空管的三極管，兩者也都是運作在耗盡區，都有高輸入阻抗，也都用輸入電壓來控制電流。

隧道晶體管（TFT）
隧道晶體管是一種利用量子隧穿效應來控制電流的器件，它有兩種類型：共柵隧道晶體管（CGT）和共源隧道晶體管（CST）。隧道晶體管的三個極分別是發射極（E）、柵極（G）和集電極（C）。發射極到柵極之間存在一個勢壘，當柵極施加一個負電壓時，發射極的電子可以通過量子隧穿效應跨越勢壘，從而形成集電極電流。隧道晶體管具有開關速度快、功耗低、靈敏度高等優點。

有機晶體管（OFET）
有機晶體管是一種利用有機半導體材料來構成導電通道的器件，它有兩種類型：有機場效應晶體管（OFET）和有機雙極性晶體管（OBT）。有機晶體管的三個極分別是源極（S）、柵極（G）和漏極（D）。在柵極與源漏之間施加電壓能夠改變有機半導體層中的載流子濃度，從而控制源漏之間的電流。有機晶體管具有低成本、易加工、可柔性等優點。

按結構形式分類

工藝：晶體管按其結構及制造工藝可分為擴散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管。

點接觸式晶體管
點接觸式晶體管是最早的一種雙極性晶體管，它由兩個金屬點接觸在一塊N型或P型半導體上構成。點接觸式晶體管具有結構簡單、制作方便的優點，但也存在穩定性差、噪聲大、頻率特性差等缺點，已經基本淘汰。

BJT及JFET符號

面接觸式晶體管
面接觸式晶體管是一種改進的雙極性晶體管，它由兩個金屬片與一塊N型或P型半導體緊密貼合構成。面接觸式晶體管比點接觸式晶體管具有更好的穩定性和頻率特性，但仍存在漏電流大、壽命短等問題，已經很少使用。

異質結晶體管
異質結晶體管是一種利用不同半導體材料之間的異質結來實現電流控制的器件，它可以分為雙極性異質結晶體管（HBT）和場效應異質結晶體管（HFET）。異質結晶體管具有高速、高頻、低噪聲、低功耗等優點，廣泛應用于微波、光電、太赫茲等領域。

復合結構晶體管
復合結構晶體管是一種將雙極性晶體管和場效應晶體管相結合的器件，它可以分為雙極型場效應晶體管（BiFET）和雙極型互補金屬氧化物半導體場效應晶體管（BiCMOS）。復合結構晶體管兼具雙極性晶體管和場效應晶體管的優勢，能夠實現高速、高集成度、低功耗等性能，適合用于模擬和數字混合信號處理。

按功率等級分類

電流容量：晶體管按電流容量可分為小功率晶體管、中功率晶體管和大功率晶體管。

小功率晶體管
小功率晶體管是指集電極最大耗散功率在1W以下的晶體管，它們通常用于低頻、中頻、高頻的信號放大、振蕩、調制等電路中。小功率晶體管的特點是結構簡單、價格低廉、工作穩定，但不能承受較大的電流和電壓。小功率晶體管的常見封裝形式有TO-92、TO-18、SOT-23等。

中功率晶體管
中功率晶體管是指集電極最大耗散功率在1W~10W之間的晶體管，它們通常用于中頻、高頻的信號放大、開關、穩壓等電路中。中功率晶體管的特點是結構較復雜、價格適中、工作可靠，能承受較大的電流和電壓。中功率晶體管的常見封裝形式有TO-126、TO-220、TO-3P等。

大功率晶體管
大功率晶體管是指集電極最大耗散功率在10W以上的晶體管，它們通常用于高頻、超高頻的信號放大、開關、調制等電路中。大功率晶體管的特點是結構復雜、價格昂貴、工作效率高，能承受很大的電流和電壓。大功率晶體管的常見封裝形式有TO-3、TO-247、TO-264等。

按頻率特性分類

工作頻率：晶體管按工作頻率可分為低頻晶體管、中頻晶體管、高頻晶體管和超高頻晶體管等。

低頻晶體管
低頻晶體管是指工作頻率在幾十千赫茲以下的晶體管，它們通常用于音頻信號的放大、調制、檢波等電路中。低頻晶體管的特點是結構簡單、成本低、噪聲小、線性度好，但不能適應高速信號的處理。低頻晶體管的常見類型有普通雙極性晶體管（BJT）、結型場效應晶體管（JFET）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）等。

中頻晶體管
中頻晶體管是指工作頻率在幾十千赫茲到幾百兆赫茲之間的晶體管，它們通常用于中頻信號的放大、振蕩、混頻、變頻等電路中。中頻晶體管的特點是結構較復雜、成本適中、速度較快、頻率特性較好，但噪聲較大，線性度較差。中頻晶體管的常見類型有高速雙極性晶體管（HBT）、金屬半導體場效應晶體管（MESFET）、高電子遷移率晶體管（HEMT）等。

高頻晶體管
高頻晶體管是指工作頻率在幾百兆赫茲到幾千兆赫茲之間的晶體管，它們通常用于高頻信號的放大、振蕩、調制、檢波等電路中。高頻晶體管的特點是結構復雜、成本高、速度快、噪聲小、功率大，但線性度極差，需要特殊的設計和匹配。高頻晶體管的常見類型有砷化鎵雙極性晶體管（GaAs HBT）、砷[shēn]化鎵場效應晶體管（GaAs FET）、碳化硅雙極性晶體管（SiC BJT）、碳化硅場效應晶體管（SiC FET）等。

按應用分類

封裝結構：晶體管按封裝結構可分為金屬封裝（簡稱金封）晶體管、塑料封裝（簡稱塑封）晶體管、玻璃殼封裝（簡稱玻封）晶體管、表面封裝（片狀）晶體管和陶瓷封裝晶體管等。其封裝外形多種多樣。

按功能和用途：晶體管按功能和用途可分為低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關晶體管、達林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。

信號放大晶體管
信號放大晶體管是指用于放大微弱的電信號的晶體管，它們通常工作在線性區，以保持信號的波形不變。信號放大晶體管的特點是輸入阻抗高、輸出阻抗低、增益高、失真小、頻帶寬等。信號放大晶體管的常見類型有雙極性晶體管（BJT）、結型場效應晶體管（JFET）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）等。

開關晶體管
開關晶體管是指用于控制電路的開關狀態的晶體管，它們通常工作在飽和區或截止區，以實現電流的通斷。開關晶體管的特點是開關速度快、功耗低、驅動電壓小、壽命長等。開關晶體管的常見類型有絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）、金屬半導體場效應晶體管（MESFET）、功率MOSFET等。

功率放大晶體管
功率放大晶體管是指用于放大較大的電功率的晶體管，它們通常工作在非線性區，以提高效率。功率放大晶體管的特點是輸入阻抗低、輸出阻抗高、增益低、失真大、散熱量大等。功率放大晶體管的常見類型有硅摻雜碳化硅雙極性晶體管（SiC BJT）、碳化硅場效應晶體管（SiC FET）、砷化鎵雙極性晶體管（GaAs HBT）、砷化鎵場效應晶體管（GaAs FET）等。

電力晶體管
電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT），所以有時也稱為Power BJT；其特性有：耐壓高，電流大，開關特性好，但驅動電路復雜，驅動功率大；GTR和普通雙極結型晶體管的工作原理是一樣的。

光晶體管
光晶體管（phototransistor）由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實現電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（GaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，放大系數可大于1000，響應時間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場效應光晶體管響應速度快（約為50皮秒），但缺點是光敏面積小，增益小（放大系數可大于10），常用作極高速光探測器。與此相關還有許多其他平面型光電器件，其特點均是速度快（響應時間幾十皮秒）、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應用。

雙極晶體管
雙極晶體管（bipolar transistor）指在音頻電路中使用得非常普遍的一種晶體管。雙極則源于電流系在兩種半導體材料中流過的關系。雙極晶體管根據工作電壓的極性而可分為NPN型或PNP型。

雙極結型
“雙極”的含義是指其工作時電子和空穴這兩種載流子都同時參與運動。雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT）又稱為半導體三極管，它是通過一定的工藝將兩個PN結結合在一起的器件，有PNP和NPN兩種組合結構；外部引出三個極：集電極，發射極和基極，集電極從集電區引出，發射極從發射區引出，基極從基區引出（基區在中間）；BJT有放大作用，重要依靠它的發射極電流能夠通過基區傳輸到達集電區而實現的，為了保證這一傳輸過程，一方面要滿足內部條件，即要求發射區雜質濃度要遠大于基區雜質濃度，同時基區厚度要很小，另一方面要滿足外部條件，即發射結要正向偏置（加正向電壓）、集電結要反偏置；BJT種類很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半導體材料分，有硅管和鍺管等；其構成的放大電路形式有：共發射極、共基極和共集電極放大電路。

雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT）


場效應晶體管
“場效應”的含義是這種晶體管的工作原理是基于半導體的電場效應的。
場效應晶體管（field effect transistor）利用場效應原理工作的晶體管，英文簡稱FET。場效應晶體管又包含兩種主要類型：結型場效應管（Junction FET，縮寫為JFET)和金屬-氧化物半導體場效應管（Metal-Oxide Semiconductor FET，縮寫為MOS-FET）。與BJT不同的是，FET只由一種載流子（多數載流子）參與導電，因此也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點。

場效應晶體管（field effect transistor）FET
場效應就是改變外加垂直于半導體表面上電場的方向或大小，以控制半導體導電層（溝道）中多數載流子的密度或類型。它是由電壓調制溝道中的電流，其工作電流是由半導體中的多數載流子輸運。這類只有一種極性載流子參加導電的晶體管又稱單極型晶體管。與雙極型晶體管相比，場效應晶體管具有輸入阻抗高、噪聲小、極限頻率高、功耗小，制造工藝簡單、溫度特性好等特點，廣泛應用于各種放大電路、數字電路和微波電路等。以硅材料為基礎的金屬0-氧化物-半導體場效應管（MOSFET)和以砷化鎵材料為基礎的肖特基勢壘柵場效應管（MESFET ）是兩種最重要的場效應晶體管，分別為MOS大規模集成電路和MES超高速集成電路的基礎器件。


靜電感應晶體管SIT(Static Induction Transistor)


靜電感應晶體管SIT(Static Induction Transistor)誕生于1970年，實際上是一種結型場效應晶體管。將用于信息處理的小功率SIT器件的橫向導電結構改為垂直導電結構，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一種多子導電的器 件，其工作頻率與電力MOSFET相當，甚至超過電力MOSFET，而功率容量也比電力MOSFET大，因而適用于高頻大功率場合，目前已在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等某些專業領域獲得了較多的應用。
但是SIT在柵極不加任何信號時是導通的，柵極加負偏壓時關斷，這被稱為正常導通型器件，使用不太方便。此外，SIT通態電阻較大，使得通態損耗也大，因而SIT還未在大多數電力電子設備中得到廣泛應用。

單電子晶體管
用一個或者少量電子就能記錄信號的晶體管。隨著半導體刻蝕技術和工藝的發展，大規模集成電路的集成度越來越高。以動態隨機存儲器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發展，預計單電子晶體管將是最終的目標。目前一般的存儲器每個存儲元包含了20萬個電子，而單電子晶體管每個存儲元只包含了一個或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實驗上發現了庫侖阻塞現象。在調制摻雜異質結界面形成的二維電子氣上面，制作一個面積很小的金屬電極，使得在二維電子氣中形成一個量子點，它只能容納少量的電子，也就是它的電容很小，小于一個？F (10~15法拉)。當外加電壓時，如果電壓變化引起量子點中電荷變化量不到一個電子的電荷，則將沒有電流通過。直到電壓增大到能引起一個電子電荷的變化時，才有電流通過。因此電流-電壓關系不是通常的直線關系，而是臺階形的。這個實驗在歷史上第一次實現了用人工控制一個電子的運動，為制造單電子晶體管提供了實驗依據。為了提高單電子晶體管的工作溫度，必須使量子點的尺寸小于10納米，目前世界各實驗室都在想各種辦法解決這個問題。有些實驗室宣稱已制出室溫下工作的單電子晶體管，觀察到由電子輸運形成的臺階型電流——電壓曲線，但離實用還有相當的距離。

絕緣柵雙極晶體管
絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場效應晶體管（Power MOSFET）的優點，具有良好的特性，應用領域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發射極。

晶體管的主要參數

主要參數
晶體管的主要參數有電流放大系數、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。

放大系數
直流電流放大系數也稱靜態電流放大系數或直流放大倍數，是指在靜態無變化信號輸入時，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或β表示。

交流放大倍數
交流放大倍數，也即交流電流放大系數、動態電流放大系數，是指在交流狀態下，晶體管集電極電流變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。
hFE或β既有區別又關系密切，兩個參數值在低頻時較接近，在高頻時有一些差異。

耗散功率
耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數變化不超過規定允許值時的最大集電極耗散功率。
耗散功率與晶體管的最高允許結溫和集電極最大電流有密切關系。晶體管在使用時，其實際功耗不允許超過PCM值，否則會造成晶體管因過載而損壞。
通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱為小功率晶體管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱為中功率晶體管，將PCM等于或大于5W的晶體管稱為大功率晶體管。

特征頻率fT
晶體管的工作頻率超過截止頻率fβ或fα時，其電流放大系數β值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指β值降為1時晶體管的工作頻率。
通常將特征頻率fT小于或等于3MHZ的晶體管稱為低頻管，將fT大于或等于30MHZ的晶體管稱為高頻管，將fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶體管稱為中頻管。

最高頻率fM
最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時所對應的頻率。
通常，高頻晶體管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率fα，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率fα、低于共集電極截止頻率fβ。

最大電流
集電極最大電流（ICM）是指晶體管集電極所允許通過的最大電流。當晶體管的集電極電流IC超過ICM時，晶體管的β值等參數將發生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。

最大反向電壓
最大反向電壓是指晶體管在工作時所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極—發射極反向擊穿電壓、集電極—基極反向擊穿電壓和發射極—基極反向擊穿電壓。

集電極——集電極反向擊穿電壓
該電壓是指當晶體管基極開路時，其集電極與發射極之間的最大允許反向電壓，一般用VCEO或BVCEO表示。

基極—— 基極反向擊穿電壓
該電壓是指當晶體管發射極開路時，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或BVCBO表示。

發射極——發射極反向擊穿電壓
該電壓是指當晶體管的集電極開路時，其發射極與基極與之間的最大允許反向電壓，用VEBO或BVEBO表示。

集電極——基極之間的反向電流ICBO
ICBO也稱集電結反向漏電電流，是指當晶體管的發射極開路時，集電極與基極之間的反向電流。ICBO對溫度較敏感，該值越小，說明晶體管的溫度特性越好。

集電極——發射極之間的反向擊穿電流ICEO　
ICEO是指當晶體管的基極開路時，其集電極與發射極之間的反向漏電電流，也稱穿透電流。此電流值越小，說明晶體管的性能越好。

根據發展歷程

1> 真空三極管
1939年2月,Bell實驗室有一個偉大的發現，硅p_n結的誕生。1942年，普渡大學Lark_Horovitz領導的課題組中一個名叫Seymour Benzer的學生，發現鍺單晶具有其它半導體所不具有的優異的整流性能。這兩個發現滿足了美國政府的要求，也為隨后晶體管的發明打下了伏筆。

2> 點接觸晶體管
1945年二戰結束,Shockley等發明的點接觸晶體管成為人類微電子革命的先聲。為此,Shockley為Bell遞交了第一個晶體管的專利申請。最終還是獲得了第一個晶體管專利的授權。

3> 雙極型與單極型晶體管
Shockley在雙極型晶體管的基礎上，于1952年進一步提出了單極結型晶體管的概念，即今天所說的結型晶體管。其結構與pnp或npn雙極型晶體管類似，但在p_n材料的界面存在一個耗盡層，以使柵極與源漏導電溝道之間形成一個整流接觸。同時兩端的半導體作為柵極。通過柵極調節源漏之間電流的大小。

4> 硅晶體管
仙童半導體由一個幾人的公司成長為一個擁有12000個職工的大企業。

5> 集成電路
在1954年硅晶體管發明之后，晶體管的巨大應用前景已經越來越明顯。科學家的下一個目標便是如何進一步把晶體管、導線及其它器件高效地連接起來。

6> 場效應晶體管與MOS管
1961年,MOS管的誕生。1962年，在RCA器件集成研究組工作的Stanley, Heiman和Hofstein等發現，可以通過擴散與熱氧化在Si基板上形成的導電帶、高阻溝道區以及氧化層絕緣層來構筑晶體管，即MOS管。

7> 微處理器(CPU)
英特爾公司在創立之初，目光仍然集中在內存條上。Hoff把中央處理器的全部功能集成在一塊芯片上，再加上存儲器；這就是世界上的第一片微處理器—4004(1971年)。4004的誕生標志著一個時代的開始，隨后英特爾在微處理器的研究中一發不可收拾，獨領風騷。
1989年，英特爾推出了80486處理器。1993年，英特爾研制成功新一代處理器，本來按照慣常的命名規律是80586。1995年英特爾推出Pentium_Pro。1997年英特爾發布了PentiumII處理器。1999年英特爾發布了Pentium III處理器。2000年發布了Pentium 4處理器。

8> 最小晶體管——量子點設備模板

據物理學家組織網報道，美國與澳大利亞科學家成功制造出世界上最小的晶體管——由7個原子在單晶硅表面構成的一個“量子點”，標志著我們向計算能力的新時代邁出了重要一步。量子點（quantum dot）是納米大小的發光晶體，有時也被稱為“人造原子”。雖然這個量子點非常小，長度只有十億分之四米，但卻是一臺功能健全的電子設備，也是世界上第一臺用原子故意造出來的電子設備。它不僅能用于調節和控制像商業晶體管這樣的設備的電流，而且標志著我們向原子刻度小型化和超高速、超強大電腦新時代邁出的重要一步。

晶體管[電子元件] 的優勢

同電子管相比，晶體管具有諸多優越性：

1. 構件沒有消耗
   無論多么優良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術上的原因，晶體管制作之初也存在同樣的問題。隨著材料制作上的進步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍，稱得起永久性器件的美名。
2. 消耗電能極少
   僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產生自由電子。一臺晶體管收音機只要幾節干電池就可以半年一年地聽下去，這對電子管收音機來說，是難以做到的。
3. 不需預熱
   一開機就工作。例如，晶體管收音機一開就響，晶體管電視機一開就很快出現畫面。電子管設備就做不到這一點。開機后，非得等一會兒才聽得到聲音，看得到畫面。顯然，在軍事、測量、記錄等方面，晶體管是非常有優勢的。
4. 結實可靠
   比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比擬的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設計小型、復雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度。
5. 重要性
   晶體管，本名是半導體三極管，晶體管是半導體三極管中應用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。
   晶體管被認為是現代歷史中最偉大的發明之一，在重要性方面可以與印刷術，汽車和電話等的發明相提并論。晶體管實際上是所有現代電器的關鍵活動（active）元件。晶體管在當今社會的重要性主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程進行大規模生產的能力，因而可以不可思議地達到極低的單位成本。

雖然數以百萬計的單體晶體管還在使用，絕大多數的晶體管是和二極管，電阻，電容一起被裝配在微芯片（芯片）上以制造完整的電路。特別是晶體管在軍事計劃和宇宙航行中的威力日益顯露出來以后，為爭奪電子領域的優勢地位，世界各國展開了激烈的競爭。為實現電子設備的小型化，人們不惜成本，紛紛給電子工業以巨大的財政資助。

晶體管的應用領域

通信電子

晶體管可以用來制作無線電、雷達、衛星、電話、網絡等通信設備，實現信號的發射、接收、處理和傳輸。

計算機和數字電路

晶體管是構成微處理器、存儲器、邏輯門等數字集成電路的核心元件，實現數據的存儲、運算和控制。

模擬電路

晶體管可以用來制作運算放大器、濾波器、振蕩器等模擬集成電路，實現信號的放大、變換和調節。

傳感器和生物電子

晶體管可以用來制作溫度、壓力、濕度、光強、化學物質等各種傳感器，以及與人體或生物相容的電子設備，實現對環境或生理參數的檢測和反饋。

功率電子

晶體管可以用來制作開關電源、逆變器、驅動器等功率電子設備，實現對大功率或高頻信號的控制和轉換。

交流伺服驅動器

至此，此處為肖克利、巴丁于 1956年11月 發表的論文原文：

肖克利論文鏈接
巴丁論文鏈接

以上。

僅供學習與分享交流，請勿用于商業用途！轉載需提前說明。

我是一個十分熱愛技術的程序員，希望這篇文章能夠對您有幫助，也希望認識更多熱愛程序開發的小伙伴。
感謝！