晶体管工艺原理.ppt

晶体管工艺结构 真空电子管 1、电子管的工作原理依赖于空间的电场效应故。 2、电子管的功率参数与电子管板极的面积成正比。 3、维持一只电子管的正常工作需要供给板极和阴极电压以及灯丝电压。 4、最低的板极电压也要高于100伏故电子管功耗大 5、电子管的灯丝热损较大，极大地限制了电子管的工作寿命 半导体器件 半导体器件所具有的突出优点为 ： 重量轻 功耗小 可靠性高 稳定性好 工作寿命高 无源元件结构 电阻结构 可以通过金属膜、掺杂的多晶硅、或者通过扩散到衬底的特定区产生的。 寄生电阻 是寄生在集成电路元件设计中产生的多余的电阻 电容结构 是由两个分立的导电层被介质材料隔离开而形成的，介质材料一般为二氧化硅、金属薄层、掺杂的多晶硅、或者衬底的扩散区形成。 寄生电容 由于衬底材料的缘故产生的，引起电路的不稳定，产生寄生振荡，甚至产生不需要的交流信号短路 PN结 N型半导体和P型半导体结合由于浓度的差别导致多子扩散——形成空间电荷区——形成内电场——使少子漂移，并阻止多子的扩散运动，当扩散和漂移平衡时，形成PN结 PN结的开路情况 PN反偏 流过二极管的电流很小，甚至没有。 PN结正偏，N区的电子流向P区，P区的空穴流向N区，并不断的复合。 PN结的电流特性 PN结加正向电压时，有较大的正向电流； 加反向电压时，反向电流很小。 这就是PN结的单向导电性 PN结其它特性 PN结的电容效应 按产生电容的原因可分为势垒电容和扩散电容两种。 (1) 势垒电容 势垒电容Cb是由耗尽层引起的。耗尽层中有不能移动的正、负离子，各具有一定的电量。当外加电压使耗尽层变宽时，电荷量增加，反之电荷量减少，即耗尽层中的电荷量随外加电压的变化而变化，就形成了电容效应。 PN结在反偏时主要考虑势垒电容。 PN结的势垒电容 （a）耗尽层的电荷随外加电压变化 （b）势垒电容和外加电压的关系 （2) 扩散电容 PN结正偏时，P区和N区的多子大量地向对方扩散，分别成为对方的少数载流子，并在两区交界出形成浓度梯度。 正偏电压增加时，浓度梯度增大，反之浓度梯减小。浓度梯度变化实际上就是电荷积累的过程，电荷积累随电压变化就形成了扩散电容CD。 PN结在正偏时主要考虑扩散电容 当外加电压增加时，曲线由①变为②，非平衡少子数目增多，当外加电压减小时，曲线由①变为③，非平衡少子数目减少，扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容。 不同正电压下P区少子浓度的分布情况 PN结的击穿特性 当加在PN结上的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然急剧增大，PN结产生电击穿—这就是PN结的击穿特性。 根据击穿的原理不同，可以分为雪崩击穿和齐纳击穿 （1）雪崩击穿：高速运动的载流子撞击未电离的中性原子，使其共价键断开，产生电子空穴对。新产生的电子空穴对在电场中继续被加速，去撞击未电离的中性原子，继续产生新的电子空穴对。 （2）齐纳击穿：重掺杂的P-N结，空间电荷区很薄，稍加电压就可以在空间电荷区形成很大的电势梯度，可以使价带中电子跃迁到导带。 两种击穿的区别： （1）空间电荷区的宽度 （2）对外部的条件反应不同 （3）与温度的关系不同 有源元件 PN二极管 由N型半导体和P型半导体相连形成 肖特基二极管 是由金属与轻掺杂的N型半导体材料接触形成，正向压降几乎是硅二极管的一半，导电取决于电子，使其从开到关的时间更快。 发光二极管 具有单向导电性，只有外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，开启电压比普通二极管的大。 光电二极管 远红外线接收管，是一种光能和电能转换的器件。 双极晶体管 双极晶体管有三个极和两个PN结。整个晶体管从一个单一的半导体衬底开始构成，有两种不同的类型，PNP、NPN，电极被称为发射极、基极、集电极。 双极晶体管结构 每个电极掺杂数量不同，发射极和集电极都是重掺杂，砷 、磷。基极是轻掺杂。 三极管正常工作的要求： （1）发射区、集电区高掺杂，基区低掺杂。 （2）基区非常薄，仅有几微米的宽度，电子的扩散流大于复合流。 （3）采用高温热扩散法将某种特定杂质掺入某特定导电类型的半导体内部，并使局部反型，必须采用高浓度补偿。 三极管内部载流子的运动 1、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE。 2、扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB。 3、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC 。 偏置NPN晶体管的导电模式 偏置PNP晶体管的导电模式 三极管的连接组态 三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极