微电子器件第三章双极结性晶体管

1、第三章 双极结性晶体管双极型晶体管基础§3-1双极结型晶体管（biploar junction transistor, BJT)是两个相邻的耦合pn结Emitter (E)Base (B)Collector (C)P+npWide (W>>L)Wide (W>>L)Narrow (W<<L)BJT的双极含义是电子与空穴两种极性不同的载流子均参与了导通过程BJT是电压的电流源BJT与其它器件连接可实现放大电流、放大电压和放大功率Transistor 是 Transfer resistor的缩写William ShockleyJohn BardeenW

2、akter Brattain19471 BJT 类型与工艺npn和pnp 晶体管IE = IB + ICVEB + VBC + VCE = 0工艺与特性合金工艺：均匀基区BJT扩散晶体管特点：1. 三个区内杂质均匀分布2. 发射结、集电结为突变结3. 载流子以扩散为主平面工艺：缓变基区或双扩散 BJT漂移晶体管特点：1. 基区为缓变杂质分布，发射区杂质分布也缓变。2. 载流子以漂移为主电路用法2、偏压与工作状态加在各 PN 结上的电压为= VE -VB ,= VB -VE ,= VC -VB= VB -VCPNP 管， VEBNPN 管，VBEVCBVBCEB 结CB 结工 作 状 态放大状态

3、，用于模拟电路饱和状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路倒向放大状态平衡pnp BJT3. 能带图与少子分布a. 耗尽区b. 能带图c.电势 d.电场e.电荷密度平衡pn结注：假设晶体管的各个区域是均匀掺杂的，并且NAE>>NDB>NAC课堂练习：画出平衡条件下npn晶体管的能带图PN结能带图NP- EFp= qVEFn均匀基区pnp晶体管能带图放大状态：- E= qVEFnFp饱和状态：截止状态：倒向放大状态：平衡态NPN 晶体管在 4 种工作状态下的能带图：放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态课堂练习：写出pn结非平衡态时的势垒区边界的少子分布) = pexp&#

4、230; qV ö,p (x=ç kT ÷ppx®¥nnnonnoèøn (- x) = nexpæ qV ö,= nç kT ÷nx®-¥pppoppoèø) = péexpæ qV ö - 1ú,ùDp (xDp= 0ç kT÷no êx®¥nnnèøëéûùDn (- x) = n&

5、#230; qV ö -Dn= 0expç÷1ú,êx®-¥pppopèkTøëû均匀基区pnp晶体管的各边界上少子浓度BaseCollectorPEEmitterPCNn= n= n nCC0EE0BæöqVp= pexpCBç÷BB0èkTø均匀基区pnp晶体管的少子分布图：放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态4、放大作用处于放大模式偏置下的pnpBJT中载流子的活动载流子输运特点：1.在正偏E-B结附近载流子的运动

6、表现为多数载流子穿过发射结注入到另一边的准中性区（中性基区）2.由于基区宽度比少子扩散长度小得多，大多数的注入空穴通过扩散穿越准中性基区并且进入C-B耗尽区，然后C-B耗尽区内的加速电场迅速把这些载流子扫进集电区。为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下 PN 结中的正向电流。J =+ Jdn+ JrJdp-xpxn0V放大模式偏置下pnpBJT中的扩散电流（忽略耗尽区内的R-G电流）I pEI pCI prI nrNE>>NB，减少InEI nEWB<<LB,减少Inr电流放大系数的定义共基极定义1：发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与 IE共基极直流短路电流放大系数，记为，即：之比，称为定义2：发射结正偏，集电结反偏时的 IC 与 IE共基极静态电流放大系数，记为hFB，即：之比，称为共发射极定义3：发射结正偏，集电结零偏时的 IC与 IB共发射极直流短路电流放大系数，记为，即：之比，称为定义4：发射结正偏，集电结反偏时的 IC与 IB共发射极静态电流放大系数，记为hFE，即：之比，称为a = ICI