半导体器件物理：第三章 双极结型晶体管

1、第三章 双极结型晶体管Chapter 3 Bipolar Junction Transistor (BJT) 引 言 双极结型晶体管：可以看成由两个靠得很近的PN结构成的。E 发射区 集电区 基区 +N N p C B （a）NPN晶体管发射结集电结C B E （b）NPN晶体管电路符号VEVC发射结偏压：VE=VBE=VB-VE集电结偏压：VC=VBC=VB-VCE 发射区 集电区 基区 +P P N C B （c）PNP晶体管C B E （d）NPN晶体管电路符号VEVC发射结集电结引 言 二. 晶体管发展历程：1947.12.23，第一只点接触晶体管诞生-Bell Lab. (Barde

2、en, Shockley, Brattain)1956年，肖克莱、巴丁、布拉顿三人因发明点接触晶体管（1947年年底）获得诺贝尔物理学奖。William B. ShockleyJohn BardeenWalter H. Brattain 引 言 二. 晶体管发展历程：2. 1949年提出PN结和双极结型晶体管理论-Bell Lab.(Shockley)3. 1951年制造出第一只锗结型晶体管-Bell Lab.(Shockley) 4. 1956年制造出第一只硅结型晶体管-美德洲仪器公司（TI）5. 1956年中国制造出第一只锗结型晶体管-（吉林大学 高鼎三）6. 1970年硅平面工艺成熟，平

3、面双极结型晶体管大批量生产点接触晶体管合金结型晶体管平面结型晶体管场效应晶体管场效应晶体管主要由一种载流子传输电流，称为单极晶体管；而双极晶体管由两种载流子参与导电。 工艺过程及结构：（以NPN晶体管为例）四次光刻电极图形3.1 双极结型晶体管的结构和工艺N+衬底制备N+衬底N外延层外延一次氧化一次光刻硼扩窗口硼扩散和二次氧化二次光刻磷扩窗口PN+磷扩散和三次氧化三次光刻发射极和基极接触孔蒸镀铝电极BBCE 一. 四种工作模式(工作区）：3.2 双极结型晶体管的基本工作原理N+衬底N外延层PN+BBCEVCVEO反向有源模式正向有源模式饱和模式截止模式正向有源模式：VE0, VC0, VE0,

4、 VC0;截止模式：VE0, VC0, VC0, 发射区（N+区）大量电子注入到基区（P区），基区大量空穴注入到发射区。如果基区宽度远小于注入电子的扩散长度，则注入电子除少部分被复合外，绝大部分会扩散到集电结耗尽区边界处，由于VC0，集电结反偏，集电结空间电荷区有很强电场，因而扩散到集电结边缘的电子会立即被强电场扫入集电区，形成集电区电流。这个注入电子电流远大于反偏集电结的反向电流，构成集电极电流的主要部分。可见BJT输入电流的变化，会引起输出电流的变化，如果集电极回路接入负载，可以实现电压信号的放大。ECEvEFnCEFPEFnEEcEvqVC qVE BECBJT放大作用的必要条件：基区宽度很窄！如果基区很长，相当于两个背靠背PN结，无放大作用！ 三. 电流分量：3.2 双极结型晶体管的基本工作原理InE：发射区注入基区的电子流InC： InE中到达集电结的部分InE- InC： InE中在基区复合的部分IpE：基区注入发射区的空穴流IrE： 发射结SCR中的复合电流IC0： 集电结反向电流，包括集电结反向饱和电流和集电结SCR中的产生电流。电流关系：IE = IB + IC ；