《微电子学概论》-ch2_PN结双极晶体管.ppt

半导体器件物理基础 金属－半导体接触 1874年开始，开创了半导体器件研究的先河 整流接触(轻掺杂)：电流单方向流过（栅极） 欧姆接触(重掺杂):电流双向通过，落在接触上的电压很小（漏极和源极?金属半导体场效应晶体管MESFET） p-n结 由p型（带正电的载流子）与n型（带负电的载流子）半导体接触而成 大部分半导体器件的基础结构，其理论是半导体物理的基础 p-n-p双极型晶体管（1947年发明） 异质结 由两种不同材料的半导体接触形成的结（如砷化镓与砷化铝形成异质结） 是高速器件与光电器件的关键构成要素 MOS结构 可以视为金属－氧化物界面和氧化物－半导体界面的结合 用MOS结构作栅极，两个p-n结作漏极与源极，制作出金氧半场效应晶体管MOSFET 双极晶体管 双极晶体管（BJT）的基本结构 工作原理：电流输运特性 基本特性 直流特性 频率特性 双极晶体管的特点 目前BJT的结构 双极晶体管 双极晶体管（BJT）的基本结构 工作原理：电流输运特性 基本特性 直流特性 频率特性 双极晶体管的特点 目前BJT的结构 双极晶体管 双极晶体管（BJT）的基本结构 工作原理：电流输运特性 基本特性 直流特性 频率特性 双极晶体管的特点 目前BJT的结构 双极晶体管 双极晶体管（BJT）的基本结构 工作原理：电流输运特性 基本特性 直流特性 频率特性 双极晶体管的特点 目前BJT的结构 双极晶体管 双极晶体管（BJT）的基本结构 工作原理：电流输运特性 基本特性 直流特性 频率特性 双极晶体管的特点 目前BJT的结构 小结：Bipolar： 基区(Base)，基区宽度Wb 发射区(Emitter) 收集区(Collector) NPN，PNP 共发射极特性曲线 放大倍数?、? 作业 描述NPN晶体管的电流输运工作机理 NPN晶体管的几种组态 共基极 共发射极 共收集极 共基极 共发射极 共收集极 N N P 晶体管的共收集极接法 c b e 晶体管的直流特性 共基极的直流特性曲线 共基极运用:无电流放大 但收集极可接阻抗较大的负载：电压放大和功率放大 共发射极的直流特性曲线 三个区域： 饱和区 放大区 截止区 共发射极电流放大系数 5. BJT的特点 优点 垂直结构 与输运时间相关的尺寸由工艺参数决定，与光刻尺寸关系不大 易于获得高fT 高速应用 整个发射上有电流流过 可获得单位面积的大输出电流 易于获得大电流 大功率应用 开态电压VBE与尺寸、工艺无关 片间涨落小，可获得小的电压摆幅 易于小信号应用 模拟电路 缺点： 存在直流输入电流，基极电流 功耗大 饱和区中存储电荷 开关速度慢 开态电压无法成为设计参数 设计BJT的关键： 获得尽可能大的IC和尽可能小的IB 当代BJT结构：多晶硅发射极双极晶体管 特点： 深槽隔离： 节省面积 多晶硅发射极 多晶硅基极接触（自对准〕： 节省面积、降低电阻 P+ poly Si 掺杂多晶硅作扩散源形成发射极和外基区，多晶硅作发射区和基区接触 下一页 上一页 ——双极晶体管 集成电路按其制造材料分为两大类：一类是Si（硅），另一类是GaAs（砷化镓）。 目前用于ASIC设计的主体是硅材料。但是，在一些高速和超高速ASIC设计中采用了GaAs材料。用GaAs材料制成的集成电路，可以大大提高电路速度，但是由于目前GaAs工艺成品率较低等原因，所以未能大量采用。 Silicon GaAs ASIC Bipolar FET Logic …… Bipolar MOS ECL/CML TTL IIL NMOS PMOS MNOS CMOS CMOS/SOS HSMOS Metal Gate CMOS VMOS OUTLINE PN Junction Bipolar Junction Transistor 上一节课的主要内容 半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体 载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子 能带、导带、价带、禁带 掺杂、施主、受主 输运、漂移、扩散、产生、复合 据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种 所有这些器件都由少数基本模块构成： 金属－半导体接触(metal-semiconductor interface) pn结(pn junction) MOS结构(MOS: metal-oxide-semiconductor) 异质结(heterojunction interface) 超晶格 半导体器件物理基础 金属 半导体 P型 半导体 n型 半导体 半导体B 半导体A 金属 半导体 氧化物 PN结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导