双极型晶体管.ppt

两种类型的三极管基本结构: 微电子技术 2.3 双极型晶体管（三极管） 半导体双极型晶体管是电子电路重要器件，它通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起，由于两个PN结的相互影响，使晶体管具有电流放大作用。从二极管发展到三极管，这是一个质得飞跃。 按材料：①硅管；②锗管 按功率：①小功率管；②中功率管；③大功率管 按结构：①NPN；②PNP 半导体双极型晶体管在工作过程中，管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，双极型晶体管，简称晶体管或三极管。 或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 符号： PN结 PN结 发射区 发射极emitter 基区 基极base 集电区 集电极collector 集电结 发射结 NPN 型 E C B 箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向 PN结 PN结 发射区 发射极emitter 基区 基极base 集电区 集电极collector 集电结 发射结 E C B PNP 型 符号： 箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向 常见三极管的外形： 晶体管的结构特点： ? 发射区的掺杂浓度最高 ? 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； ? 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。 管芯结构剖面图 工艺：在 N 型硅片(集电区)氧化膜 上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区)，基区做的很薄（微米甚至纳米数量级）；再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散，形成N型的发射区，发射区的掺杂浓度远远高于基区和集电区。再引出三个电极。 管芯结构剖面图 发射区：掺 杂浓度最高 基区：最薄， 掺杂浓度最低 B E C N N P 基极 发射极 集电极 集电区： 面积最大 b e c 表面看 双极型晶体管的放大原理归结为： 1. 双极型晶体管的工作原理 外部条件： 发射结正偏； 集电结反偏 内部条件： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大 满足放大条件的三种电路： E C B C E B E C B 共发射极 共集电极 共基极 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； （以NPN为例） 共基极内部载流子传输过程： Exit N+ N P E B C VBE VBC VBE VBC C E B 载流子的NPN管传输经历三个阶段： ①多数载流子注入 BE结加有正向偏压： 基区空穴在正向偏压下扩散到发射区，IpE 发射区电子扩散到基区，InE VBE VBC N+ N P IE IB -InE IpE VBE VBC C E B IE =InE+ IpE 一般，基区电子浓度远大于发射区空穴浓度， InE IpE ， IpE数值很小，一般可以忽略。 发射区：掺 杂浓度最高 基区：最薄， 掺杂浓度最低 B E C N N P VBE VBC N+ N P IE IB -InE IpE ② 基区载流子的扩散与复合 N+发射区电子 基区电子 浓度差 向前扩散 集电结N区边界 空穴复合少数电子 VBE VBC N+ N P IE IB -InE IpE InB + N N P E B C 发射区 发射结 基区 集电区 集电结 电子在基区的扩散过程中，空穴会与那里的多数载流子电子相遇而被复合。但如果： a. 基区很薄 b. 基区空穴浓度很低（要求基区施主杂质浓度很低） 则这种复合机会将大大减少，以致绝大多数电子均能经扩散到达集电结边界。只有少量空穴在基区中与电子复合。 N+ N P IE IB -InE IpE InB B C E ③ 集电极收集扩散电子 电子到达集电结边界时，遇到集电结强大的电场，此电场的方向是电子产生漂移运动，而被“拉”入集电区，构成集电极电流InC。此过程称为收集。 + - 集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流ICBO。 ICBO在三极管内部的传输过程不参与导电，可忽略。 VBE VBC N+ N P IE IB -InE IpE InB -InC ICBO VBE VBC N+ N P IE IB -InE IpE InB -InC IC