《双极型晶体管》课件

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1、第6章双极型晶体管6.1晶体管概述6.1.1晶体管基本结构从基本结构来看，晶体管由两个十分靠近的，分别称为发射结和集电结的P-N结组成。两个P-N结将晶体管划分为三个区：发射区、基区和集电区。由三个区引出的电极分别称为发射极、基极和集电极，用符号E、B、C（e、b、c）表示。晶体管的基本形式可分为PNP型和NPN型两种。双极型晶体管重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压），集电结要反偏置。双

2、极型晶体管种类很多，按照频率分，有高频管，低频管。按照功率分，有小、中、大功率管。按照半导体材料分，有硅管和锗管等，当前国内生产的锗管多为PNP型，硅管多为NPN型。6.1.2晶体管的制造工艺及杂质分布1.合金晶体管合金管是早期发展起来的晶体管，比如锗PNP合金晶体管，其结构是在N型锗片上，一边放受主杂质铟镓球，制成发射极；另一边放铟球，制成集电极。加热形成液态合金后，再慢慢冷却。冷却时，锗在铟中的溶解度降低，析出的锗将在晶片上再结晶。再结晶区中含大量的铟镓而形成P型半导体，从而形成PNP结构。2.平面晶体管凡采用所谓平面工艺来制作的晶体管，都称为平面晶体管。现在所

3、使用的硅BJT几乎都是平面晶体管。相对于台面晶体管而言，这种晶体管的芯片表面基本上是平坦的，故有“平面”之称。平面晶体管结构如图所示在高浓度的N+衬底上，生长一层N型的外延层，再在外延层上用硼扩散制作P区，后在P区上用磷扩散形成一个N+区。其结构是一个NPN型的三层式结构，上面的N+区是发射区，中间的P区是基区，底下的N区是集电区。6.2晶体管电流放大原理6.2.1晶体管载流子浓度分布及传输1.平衡状态晶体管载流子浓度分布平衡状态晶体管三端不加外电压时，晶体管的能带和载流子的分布如图6-7所示。假设发射区E、基区B和集电区C的杂质皆为均匀分布，分别用NE、NB、NC表

4、示，且NE大于NB，NB大于NC，即杂质浓度NE＞NB＞NC。We为发射区宽度，Wb为基区宽度，Wc为集电区宽度。Xme为发射结势垒宽度，Xmc为集电结势垒宽度。发射结合集电结的接触电势差分别为UDE和UDC。晶体管在平衡状态时，具有统一的费米能级。2.非平衡状态晶体管载流子浓度分布当晶体管作为放大运用时，发射结正偏，加正向偏压UE；集电结反偏，加反向偏压UC。由于发射结正偏，发射区将向基区注入非平衡少子（电子）。注入的少子在基区边界积累，并向基区体内扩散，边扩散，边复合，最后形成一稳定分布。同样，基区也向发射区注入少子（空穴），并形成一定的分布。由于集电结反偏，集电

5、结势垒区对载流子起抽取作用。3.晶体管的载流子传输晶体管内部载流子运动与分配情况可分为以下三个过程1）发射区向基区发射电子2）电子在基区的扩散与复合3）集电区收集电子从而形成集电极电流IC6.2.2晶体管直流电流放大系数1.晶体管共基极直流电流放大系数晶体管共基极接法如图6-12所示，基极作为输入与输出的公共端。集电极输出电流IC与发射极输入电流IE之间关系可表示为2.晶体管共发射极直流电流放大系数发射极作为输入与输出的公共端,集电极输出电流IC与基极输入电流IB之间关系可表示为：共发射极的电路是用IB去控制IC实现电流的放大。由于IE=IB+IC，所以晶体管共发射极

6、接法2.晶体管共发射极直流电流放大系数发射极作为输入与输出的公共端,集电极输出电流IC与基极输入电流IB之间关系可表示为：共发射极的电路是用IB去控制IC实现电流的放大。由于IE=IB+IC，所以晶体管共发射极接法6.2.3晶体管的特性曲线1.晶体管共基极直流特性曲线1）共基极直流输入特性曲线在不同的UCB下，改变UBE，测量IE的值，即可得到IE-UBE关系曲线。2）共基极直流输出特性曲线在不同的IE下，改变UCB，测量IC的值，即可得到IC-UCB关系曲线。2.晶体管共发射极直流特性曲线1）共发射极直流输入特性曲线在不同的UCE下，改变UBE，测量IB的值，即

7、可得到IB-UBE关系曲线。2）共发射极直流输出特性曲线在不同的IB下，改变UCE，测量IC的值，即可得到IC-UCE关系曲线。6.3晶体管的反向电流与击穿电压6.3.1晶体管的反向电流1.集电极—基极之间的反向电流ICBO集电极—基极之间的反向电流ICBO是当发射极开路，即IE=0时，集电极-基极的反向电流。它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。2.发射极—基极之间的反向电流IEBO发射极—基极之间的反向电流IEBO是当集电极开路，即IC=0时，发射极-基极的反向电流。晶体管的反向扩散电流和势垒区的产生电流是很小