《双极结型晶体管》PPT课件

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1、3双极结型晶体管教师：黄辉办公室：创新园大厦A122621.双极结型晶体管发展历史2.双极结型晶体管的结构3.双极结型晶体管的基本工作原理4.理想双极结型晶体管中的电流传输本章内容3.1双极结型晶体管发展历史1947.12.23日第一只点接触晶体管诞生-BellLab.(Bardeen、Shockley、Brattain)1949年提出PN结和双极结型晶体管理论-BellLab.(Shockley)1951年制造出第一只锗结型晶体管-BellLab.(Shockley)1956年制造出第一只硅结型晶体管-美得洲仪器公司（TI）1956年Bardeen、Shockley、Brattain获诺贝尔

2、奖1956年中国制造出第一只锗结型晶体管1970年硅平面工艺成熟，双极结型晶体管大批量生产3.2双极结型晶体管的结构(a)为理想的一维NPN双极结晶体管，（b）为（a）的电路符号(c)为理想的一维PNP双极结晶体管，（c）为（d）的电路符号3.2双极结型晶体管的结构硅双极晶体管结构（平面工艺）的剖面图硅平面外延NPN晶体管的横截面示意图和工艺复合图3.2双极结型晶体管的结构芯片是通过以下步骤制造出来的：1衬底制备衬底为低阻N型硅，电阻率在左右，沿（111）面切成厚约的圆片，研磨抛光到表面光亮如镜。2外延外延层为N型，按电参数要求确定其电阻率及厚度。3一次氧化高温生长的氧化层用来阻挡硼、磷等杂质

3、向硅中扩散，同时也起表面钝化作用。4光刻硼扩散窗口3.2双极结型晶体管的结构芯片是通过以下步骤制造出来的：5硼扩散和二次氧化硼扩散后在外延层上形成P型区，热生长的氧化层用来阻挡磷向硅中扩散，并起钝化作用。6光刻磷扩散窗口7磷扩散和三次氧化磷扩散后在P型区磷杂质补偿硼而形成N+区，热氧化层用作金属与硅片间电绝缘介质。8光刻发射极和基极接触孔蒸发铝10在铝上光刻出电极图形3.3双极结型晶体管的基本工作原理双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区。令分别为基极对发射极和基极对集电极的电压。则四种工作模式是：（1）正向有源模式：0，0；（2）反向有源模式：0，0；（3）饱和模式：0，

4、0；（4）截止模式：0，0。3.3双极结型晶体管的基本工作原理共基极连接晶体管的放大作用NPN晶体管共基极放大电路3.3双极结型晶体管的基本工作原理共基极连接晶体管的放大作用NPN晶体管共基极能带图3.3双极结型晶体管的基本工作原理电流分量放大器工作时，NPN晶体管内的工作电流分量3.3双极结型晶体管的基本工作原理电流分量是从发射区注入到基区中的电子流。是到达集电结的电子流。是基区注入电子通过基区时复合所引起的复合电流是从基区注入到发射区的空穴电流是发射结空间电荷区内的复合电流。是集电结反向电流，它包括集电结反向饱和电流和集电结空间电荷区产生电流。3.3双极结型晶体管的基本工作原理电流分量

5、为描述晶体管的增益特性引进以下物理量发射极注射效率基区输运因子共基极直流电流增益3.3双极结型晶体管的基本工作原理电流增益显然利用（3-3）式，（3-7）式可以改写成考虑到集电结正反两种偏压条件的完全表达式为3.3双极结型晶体管的基本工作原理电流增益集电结电流电压特性：（a）共基极情形，（b）共发射极情形3.3双极结型晶体管的基本工作原理式中定义共发射极接法3.3双极结型晶体管的基本工作原理3.4理想双极结型晶体管中的电流传输1、电流传输理想晶体管的主要假设及其意义：（1）各区杂质都是均匀分布的，因此中性区不存在内建电场；（2）结是理想的平面结，载流子作一维运动；（3）横向尺寸远大于基区宽度

6、，并且不考虑边缘效应，所以载流子运动是一维的；（4）基区宽度远小于少子扩散长度；（5）中性区的电导率足够高，串联电阻可以忽略，偏压加在结空间电荷区上；（6）发射结面积和集电结面积相等；（7）小注入，等等1、电流传输理想双极结型晶体管杂质分布和耗尽区示意图以及所采用的坐标3.4理想双极结型晶体管中的电流传输1、电流传输中性基区（0）少子电子分布及其电流：边界条件为：3.4理想双极结型晶体管中的电流传输1、电流传输3.4理想双极结型晶体管中的电流传输2、发射区少子空穴分布及其电流：边界条件：3.4理想双极结型晶体管中的电流传输空穴电流为：3.4理想双极结型晶体管中的电流传输2、发射区少子空穴分

7、布及其电流若则3、集电区少子空穴分布及其电流边界条件：3.4理想双极结型晶体管中的电流传输4、正向有源模式少数载流子分布在的情况下，上式简化为：3.4理想双极结型晶体管中的电流传输4、正向有源模式正向有源模式下晶体管各区少数载流子分布3.4理想双极结型晶体管中的电流传输5、电流分量基区电子电流：若3.4理想双极结型晶体管中的电流传输空穴电流正偏压发射结空间电荷区复合电流：3.4理想双极结型晶体