微電子器件第三章雙極結(jié)性晶體管

1、第三章 雙極結(jié)性晶體管雙極型晶體管基礎(chǔ)§3-1雙極結(jié)型晶體管（biploar junction transistor, BJT)是兩個相鄰的耦合pn結(jié)Emitter (E)Base (B)Collector (C)P+npWide (W>>L)Wide (W>>L)Narrow (W<<L)BJT的雙極含義是電子與空穴兩種極性不同的載流子均參與了導(dǎo)通過程BJT是電壓的電流源BJT與其它器件連接可實現(xiàn)放大電流、放大電壓和放大功率Transistor 是 Transfer resistor的縮寫William ShockleyJohn BardeenW

2、akter Brattain19471 BJT 類型與工藝npn和pnp 晶體管IE = IB + ICVEB + VBC + VCE = 0工藝與特性合金工藝：均勻基區(qū)BJT擴散晶體管特點：1. 三個區(qū)內(nèi)雜質(zhì)均勻分布2. 發(fā)射結(jié)、集電結(jié)為突變結(jié)3. 載流子以擴散為主平面工藝：緩變基區(qū)或雙擴散 BJT漂移晶體管特點：1. 基區(qū)為緩變雜質(zhì)分布，發(fā)射區(qū)雜質(zhì)分布也緩變。2. 載流子以漂移為主電路用法2、偏壓與工作狀態(tài)加在各 PN 結(jié)上的電壓為= VE -VB ,= VB -VE ,= VC -VB= VB -VCPNP 管， VEBNPN 管，VBEVCBVBCEB 結(jié)CB 結(jié)工 作 狀 態(tài)放大狀態(tài)

3、，用于模擬電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路倒向放大狀態(tài)平衡pnp BJT3. 能帶圖與少子分布a. 耗盡區(qū)b. 能帶圖c.電勢 d.電場e.電荷密度平衡pn結(jié)注：假設(shè)晶體管的各個區(qū)域是均勻摻雜的，并且NAE>>NDB>NAC課堂練習(xí)：畫出平衡條件下npn晶體管的能帶圖PN結(jié)能帶圖NP- EFp= qVEFn均勻基區(qū)pnp晶體管能帶圖放大狀態(tài)：- E= qVEFnFp飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：平衡態(tài)NPN 晶體管在 4 種工作狀態(tài)下的能帶圖：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)課堂練習(xí)：寫出pn結(jié)非平衡態(tài)時的勢壘區(qū)邊界的少子分布) = pexp&#

4、230; qV ö,p (x=ç kT ÷ppx®¥nnnonnoèøn (- x) = nexpæ qV ö,= nç kT ÷nx®-¥pppoppoèø) = péexpæ qV ö - 1ú,ùDp (xDp= 0ç kT÷no êx®¥nnnèøëéûùDn (- x) = n&

5、#230; qV ö -Dn= 0expç÷1ú,êx®-¥pppopèkTøëû均勻基區(qū)pnp晶體管的各邊界上少子濃度BaseCollectorPEEmitterPCNn= n= n nCC0EE0BæöqVp= pexpCBç÷BB0èkTø均勻基區(qū)pnp晶體管的少子分布圖：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)4、放大作用處于放大模式偏置下的pnpBJT中載流子的活動載流子輸運特點：1.在正偏E-B結(jié)附近載流子的運動

6、表現(xiàn)為多數(shù)載流子穿過發(fā)射結(jié)注入到另一邊的準(zhǔn)中性區(qū)（中性基區(qū)）2.由于基區(qū)寬度比少子擴散長度小得多，大多數(shù)的注入空穴通過擴散穿越準(zhǔn)中性基區(qū)并且進(jìn)入C-B耗盡區(qū)，然后C-B耗盡區(qū)內(nèi)的加速電場迅速把這些載流子掃進(jìn)集電區(qū)。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)中的正向電流。J =+ Jdn+ JrJdp-xpxn0V放大模式偏置下pnpBJT中的擴散電流（忽略耗盡區(qū)內(nèi)的R-G電流）I pEI pCI prI nrNE>>NB，減少InEI nEWB<<LB,減少Inr電流放大系數(shù)的定義共基極定義1：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)零偏時的 IC 與 IE共基極直流短路電流放大系數(shù)，記為，即：之比，稱為定義2：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏時的 IC 與 IE共基極靜態(tài)電流放大系數(shù)，記為hFB，即：之比，稱為共發(fā)射極定義3：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)零偏時的 IC與 IB共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù)，記為，即：之比，稱為定義4：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏時的 IC與 IB共發(fā)射極靜態(tài)電流放大系數(shù)，記為hFE，即：之比，稱為a = ICI