原创 MOSFET与BJT的基本特性比较

BJT是电流驱动器件，必须要有一定的输入电流才能工作，其输入电阻很小（约为kT/(qIE)）。对共发射极组态的BJT，输入电流IB与电流放大系数有关：放大性能越好，所需要的输入电流就越小。

MOSFET的输入电阻几乎为∞，是一个电容，则它具有的一个重要优点就是0输入电流。这就使得MOSFET在应用中的输入回路比较简单，而且可以使用其输入电容来存储和读出信号电荷。

不过，不幸的是对于纳米MOSFET而言，它与双极型晶体管一样，也具有一定的输入电流（栅极电流），这会给许多微电子电路带来严重的危害。因此，如何减小纳米MOSFET的栅极电流是一个应该很好考虑的问题。

此外，MOSFET输入电压（VGS）的一致性较差，这就使得在作为运算放大器的输入差动放大级应用时，与BJT相比，将会产生较大的失调电压。

（2）输出电压：

BJT的输出电压（VCE）较低，不管是作为高速应用、还是作为高增益应用，一般其最小输出电压都约为(kT/q)值的数倍，即仅稍大于0.1V。这是BJT的一个重要优点，即BJT是一种很好的低电压工作的器件。

MOSFET的最小输出电压就是其源-漏饱和电压（VDsat=VGS-VT），这时因为输出交流电阻很大，则可获得较高的电压增益。

当MOSFET在高增益应用时，为了提高饱和状态的电压增益，就需要选择较小的(VGS-VT)值，则这时的饱和电压VDsat也很小。但是，当MOSFET在高频、高速应用时，为了提高频率和速度，在保证一定的电压增益下，就需要尽可能选择较大的(VGS-VT)值，则这时的饱和源-漏电压也较大，这将严重地限制着器件输出电压的摆幅。

总之，作为高增益和高频、高速应用来说，BJT都具有一定的的长处。

（3）跨导-电流比：

晶体管的跨导-电流比（gm/IC，gm/IDS）是模拟应用中的一个重要参量。

随着输出电流的增大，BJT的跨导-电流比在很大的范围内基本上没有变化；而MOSFET的跨导-电流比却一直是下降的。这是由于BJT的跨导很大的缘故。

因此，对于具有相同跨导的器件，在高增益应用时，BJT的工作电流将大约是MOSFET的25%。BJT的这种长处对于降低电路功耗具有重要的意义，尤其是在便携式电子设备中可以有效地减小电池的消耗。

（4）速度和噪声：

因为在大电流时，多数载流子都将以饱和漂移速度运动，因此，尺寸越小的器件，工作速度就越高。在这一点上，MOSFET因其沟道长度的不断缩短而呈现出优势，现在的纳米MOSFET可以实现超高速应用。而BJT的基区宽度相对来说是不变的。

在噪声性能方面，BJT较有优势。因为BJT的跨导很大，所以其热噪声就相对较低；又因为BJT原则上是一种非表面器件，所以它的1/f噪声也较小（等效输入噪声电压约小一个数量级）。

BJT具有当信号源内阻较低（约小于10kH）时噪声小的特点，而场效应晶体管在信号源内阻较高（约大于10kH）时具有较小的噪声。

因为BJT的转移特性是指数函数式的，则其3次项对于交扰调制的影响较大；而场效应晶体管的转移特性是抛物线函数关系，则不存在3次项的影响，故其交扰调制特性较好。

（5）设计方案和器件模型：

BJT的关键参数较少，主要是基区宽度和p-n结面积。

而MOSFET设计参数较多，共有五个：gm、IDS、(VGS-VT)、W和L。

在设计模型方面，BJT和MOSFET有所不同。BJT的电流方程以及所给出的相应模型都是精确而有效的，并且只要一个模型即可模拟整个器件。

而MOSFET需要三个模型和多个拟合的晶体管参数才能模拟整个器件；而且这些模型随着工艺技术的进步而在不断地发展变化中（只能在一段时间范围内有效）。

总之，仅从器件的性能参量和模型精度上来看，BJT在许多方面都具有一定的优势，特别是在模拟应用领域内具有其独特的长处。此外，在双极型模拟集成电路中，寄生效应也较小，例如外延平面n-p-n晶体管下面的寄生p-n-p晶体管，实质上就不起作用。

然而，BJT及其IC的工艺技术水平远不及MOSFET和MOS-IC。因此，集成难度较大，集成度也较低。所以，开发BJT的工艺技术，以适应VLSI发展的需要，这仍然是一个重要的研究课题。

当然，现在已经发展出来的Bi-CMOS技术，综合了双极型晶体管的高跨导、强的负载驱动能力和CMOS的高集成度、低功耗的优点，给高速、高集成度、高性能VLSI的发展开辟了一条新的道路。但是，Bi-CMOS技术的加工成本较高。