微電子器件(3-1)

1、 PN 結(jié)正向電流的來源是多子，所以正向電流很大結(jié)正向電流的來源是多子，所以正向電流很大 ；反向；反向電流的來源是少子，所以反向電流很小。電流的來源是少子，所以反向電流很小。 如果能用其他方法給反偏如果能用其他方法給反偏 PN 結(jié)提供大量少子，就能提高結(jié)提供大量少子，就能提高反偏反偏 PN 結(jié)的電流。結(jié)的電流。 給反偏給反偏 PN 結(jié)提供少子的方法之一是在其附近制作一個正偏結(jié)提供少子的方法之一是在其附近制作一個正偏 PN 結(jié)，使正偏結(jié)，使正偏 PN 結(jié)注入的少子來不及復(fù)合就被反偏結(jié)注入的少子來不及復(fù)合就被反偏 PN 結(jié)收集結(jié)收集而形成很大的反向電流。反向電流的大小取決于其附近正偏而形成很大的反

2、向電流。反向電流的大小取決于其附近正偏 PN 結(jié)偏壓的大小。結(jié)偏壓的大小。由此發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管獲得由此發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管獲得了諾貝爾物理獎。了諾貝爾物理獎。NPP 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 ( Bipolar Junction Transistor ) 簡稱為雙極簡稱為雙極型晶體管，或晶體管。型晶體管，或晶體管。 雙極型晶體管雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：有兩種基本結(jié)構(gòu)：PNP 型和型和 NPN 型，其型，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖和在電路圖中的符號如下示意圖和在電路圖中的符號如下NNNPPPEEEEBBBBCCCC 基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)主要基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)主要作擴(kuò)散運動

3、，又稱為作擴(kuò)散運動，又稱為 。 基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)主要作漂移運動，又稱為主要作漂移運動，又稱為 。PN+N0 xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0 xjcxje 加在各加在各 PN 結(jié)上的電壓為結(jié)上的電壓為PNP 管，管，NPN 管，管， 根據(jù)兩個結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有根據(jù)兩個結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有 4 種工作狀態(tài)，種工作狀態(tài)，E 結(jié)結(jié) 工作狀態(tài)工作狀態(tài)放大狀態(tài)，用于模擬電路放大狀態(tài)，用于模擬電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路倒向放大狀態(tài)倒向放大狀態(tài)C 結(jié)結(jié) BEBEBCBC,V

4、VVVVVEBEBCBCB,VVVVVV 均勻基區(qū)晶體管在均勻基區(qū)晶體管在 4 種工作狀態(tài)下的少子分布圖種工作狀態(tài)下的少子分布圖放大狀態(tài)：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)： 均勻基區(qū)均勻基區(qū) NPN 晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖ECEFEVNNP 均勻基區(qū)均勻基區(qū) NPN 晶體管在晶體管在 4 種工作狀態(tài)下的能帶圖種工作狀態(tài)下的能帶圖放大狀態(tài)：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)： 晶體管放大電路有兩種基本類型：晶體管放大電路有兩種基本類型：。BECBPNPNENBNCIEIBICECB

5、NPIEIBPENENBNCIC 為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下 PN 結(jié)中結(jié)中的正向電流。的正向電流。VJdpdnrJJJdpJdnJrJP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)pxnx0 以以 PNP 管為例。忽略勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流，管為例。忽略勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流， 處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示，的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示，EpEnEBnEnrCpCpEprEnEnr,IIIIIIIIIIIII 從從 IE 到到 IC ，發(fā)生了兩部分虧損：，發(fā)生了兩部分虧損：InE 與與 Inr 。 要減小要減小 InE ，就應(yīng)使，就應(yīng)使

6、 NE NB ； 要減小要減小 Inr ，就應(yīng)使，就應(yīng)使 WB LB 。 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時的時的 IC 與與 IE 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBC0,0EVVII 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時的時的 IC 與與 IE 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBCFB0,0EVVIhI 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時的時的 IC 與與 IB 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBC0,0BVVII 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時的時的 IC 與與 IB 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EB

7、CBCFE0,0BVVIhI 與與 hFB 以及以及與與 hFE 在數(shù)值上幾乎沒有什么區(qū)別，但是若在數(shù)值上幾乎沒有什么區(qū)別，但是若采用采用 與與 的定義，則無論對的定義，則無論對 與與本身的推導(dǎo)還是對晶體管直本身的推導(dǎo)還是對晶體管直流電流電壓方程的推導(dǎo)，都要更方便一些流電流電壓方程的推導(dǎo)，都要更方便一些 ，所以本書只討論，所以本書只討論 與與 。 根據(jù)晶體管各端電流之間的關(guān)系：根據(jù)晶體管各端電流之間的關(guān)系：IB = = IE - - IC ，以及，以及 與與的的定義，可得定義，可得 與與之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 對于一般的晶體管，對于一般的晶體管， = = 0.9500 0.9950 ， = = 20 200。1CCEBECE1IIIIIII 除了上面的直流電流放大系數(shù)之外，還有除了上面的直流電流放大系數(shù)之外，還有 （也稱為（也稱為 ）和）和 。直流小信號電流放大系數(shù)的定義是。直流小信號電流放大系數(shù)的定義是 EBCBC00,0EddVVIIE