《雙極型晶體管》課件

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1、第6章雙極型晶體管6.1晶體管概述6.1.1晶體管基本結(jié)構(gòu)從基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，晶體管由兩個(gè)十分靠近的，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的P-N結(jié)組成。兩個(gè)P-N結(jié)將晶體管劃分為三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。由三個(gè)區(qū)引出的電極分別稱為發(fā)射極、基極和集電極，用符號(hào)E、B、C（e、b、c）表示。晶體管的基本形式可分為PNP型和NPN型兩種。雙極型晶體管重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸?shù)竭_(dá)集電區(qū)而實(shí)現(xiàn)的，為了保證這一傳輸過(guò)程，一方面要滿足內(nèi)部條件，即要求發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，同時(shí)基區(qū)厚度要很小；另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結(jié)要正向偏置（加正向電壓），集電結(jié)要反偏置。雙

2、極型晶體管種類很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管。按照功率分，有小、中、大功率管。按照半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管等，當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鍺管多為PNP型，硅管多為NPN型。6.1.2晶體管的制造工藝及雜質(zhì)分布1.合金晶體管合金管是早期發(fā)展起來(lái)的晶體管，比如鍺PNP合金晶體管，其結(jié)構(gòu)是在N型鍺片上，一邊放受主雜質(zhì)銦鎵球，制成發(fā)射極；另一邊放銦球，制成集電極。加熱形成液態(tài)合金后，再慢慢冷卻。冷卻時(shí)，鍺在銦中的溶解度降低，析出的鍺將在晶片上再結(jié)晶。再結(jié)晶區(qū)中含大量的銦鎵而形成P型半導(dǎo)體，從而形成PNP結(jié)構(gòu)。2.平面晶體管凡采用所謂平面工藝來(lái)制作的晶體管，都稱為平面晶體管?，F(xiàn)在所

3、使用的硅BJT幾乎都是平面晶體管。相對(duì)于臺(tái)面晶體管而言，這種晶體管的芯片表面基本上是平坦的，故有“平面”之稱。平面晶體管結(jié)構(gòu)如圖所示在高濃度的N+襯底上，生長(zhǎng)一層N型的外延層，再在外延層上用硼擴(kuò)散制作P區(qū)，后在P區(qū)上用磷擴(kuò)散形成一個(gè)N+區(qū)。其結(jié)構(gòu)是一個(gè)NPN型的三層式結(jié)構(gòu)，上面的N+區(qū)是發(fā)射區(qū)，中間的P區(qū)是基區(qū)，底下的N區(qū)是集電區(qū)。6.2晶體管電流放大原理6.2.1晶體管載流子濃度分布及傳輸1.平衡狀態(tài)晶體管載流子濃度分布平衡狀態(tài)晶體管三端不加外電壓時(shí)，晶體管的能帶和載流子的分布如圖6-7所示。假設(shè)發(fā)射區(qū)E、基區(qū)B和集電區(qū)C的雜質(zhì)皆為均勻分布，分別用NE、NB、NC表

4、示，且NE大于NB，NB大于NC，即雜質(zhì)濃度NE＞NB＞NC。We為發(fā)射區(qū)寬度，Wb為基區(qū)寬度，Wc為集電區(qū)寬度。Xme為發(fā)射結(jié)勢(shì)壘寬度，Xmc為集電結(jié)勢(shì)壘寬度。發(fā)射結(jié)合集電結(jié)的接觸電勢(shì)差分別為UDE和UDC。晶體管在平衡狀態(tài)時(shí)，具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。2.非平衡狀態(tài)晶體管載流子濃度分布當(dāng)晶體管作為放大運(yùn)用時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，加正向偏壓UE；集電結(jié)反偏，加反向偏壓UC。由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)將向基區(qū)注入非平衡少子（電子）。注入的少子在基區(qū)邊界積累，并向基區(qū)體內(nèi)擴(kuò)散，邊擴(kuò)散，邊復(fù)合，最后形成一穩(wěn)定分布。同樣，基區(qū)也向發(fā)射區(qū)注入少子（空穴），并形成一定的分布。由于集電結(jié)反偏，集電

5、結(jié)勢(shì)壘區(qū)對(duì)載流子起抽取作用。3.晶體管的載流子傳輸晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)與分配情況可分為以下三個(gè)過(guò)程1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合3）集電區(qū)收集電子從而形成集電極電流IC6.2.2晶體管直流電流放大系數(shù)1.晶體管共基極直流電流放大系數(shù)晶體管共基極接法如圖6-12所示，基極作為輸入與輸出的公共端。集電極輸出電流IC與發(fā)射極輸入電流IE之間關(guān)系可表示為2.晶體管共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)發(fā)射極作為輸入與輸出的公共端,集電極輸出電流IC與基極輸入電流IB之間關(guān)系可表示為：共發(fā)射極的電路是用IB去控制IC實(shí)現(xiàn)電流的放大。由于IE=IB+IC，所以晶體管共發(fā)射極

6、接法2.晶體管共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)發(fā)射極作為輸入與輸出的公共端,集電極輸出電流IC與基極輸入電流IB之間關(guān)系可表示為：共發(fā)射極的電路是用IB去控制IC實(shí)現(xiàn)電流的放大。由于IE=IB+IC，所以晶體管共發(fā)射極接法6.2.3晶體管的特性曲線1.晶體管共基極直流特性曲線1）共基極直流輸入特性曲線在不同的UCB下，改變UBE，測(cè)量IE的值，即可得到IE-UBE關(guān)系曲線。2）共基極直流輸出特性曲線在不同的IE下，改變UCB，測(cè)量IC的值，即可得到IC-UCB關(guān)系曲線。2.晶體管共發(fā)射極直流特性曲線1）共發(fā)射極直流輸入特性曲線在不同的UCE下，改變UBE，測(cè)量IB的值，即

7、可得到IB-UBE關(guān)系曲線。2）共發(fā)射極直流輸出特性曲線在不同的IB下，改變UCE，測(cè)量IC的值，即可得到IC-UCE關(guān)系曲線。6.3晶體管的反向電流與擊穿電壓6.3.1晶體管的反向電流1.集電極—基極之間的反向電流ICBO集電極—基極之間的反向電流ICBO是當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路，即IE=0時(shí)，集電極-基極的反向電流。它只與溫度有關(guān)，在一定溫度下是個(gè)常數(shù)，所以稱為集電極一基極的反向飽和電流。2.發(fā)射極—基極之間的反向電流IEBO發(fā)射極—基極之間的反向電流IEBO是當(dāng)集電極開(kāi)路，即IC=0時(shí)，發(fā)射極-基極的反向電流。晶體管的反向擴(kuò)散電流和勢(shì)壘區(qū)的產(chǎn)生電流是很小