【精品】半导体物理课件8

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1、补免晶体管的直洗特性一、概述二、平面晶体管的电流放大系数及影响电流放大系数的因素三、晶体管的反向电流四、晶体管的击穿电压五、晶体管的基极电阻六习题本章重点晶体管（半导体三极管）是由两个p・N结构成的三端器件。由于两个P・N结靠得很近，其具有放大电信号的能力，因此在电子电路中获得了比半导体二极管更广泛的应用。（半导体二极管由一个P・N结构成，利用P・N结的单向导电性，二极管在整流、检波等方面获得了广泛应用。）本章将在P・N结理论的基础上，讨论晶体管的基本结构、放大作用以及其他一些特性，如反向电流、击穿电压、基极电阻等。一、概述晶体管的种类很多，按使用的要求，一般分为低

2、频管和高频管，小功率管和大功率管，高反压管和开关管等等。但从基本结构来看，它们都由两个十分靠近的，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、營和集电极，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C发射结集电结/B(a)pnpB(b)npn合金管合金管是早期发展起来的晶体管。其结构是在N型错片上，一边放受主杂质钢镣球，另一边放钢球，加热形成液态合金后，再慢慢冷却。冷却时，错在钢中的溶解度降低，析出的错将在晶片上再结晶。再结晶区中含大量的钢镣而形

3、成P型半导体，从而形成PNP结构，如图所示。图中Wb为基区宽度，Xje和Xjc分别为发射结和集电结的结深。合金结的杂质分布特点是：三个区的杂质分布近似为均匀分布，基区的杂质浓度最低，且两个p・N结都是突变结。合金结的主要缺点是基区较宽，一般只能做到10微米左右。因此频率特性较差，只能用于低频区。Bna-nd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。平面管npn平面晶体管的发射区和基区是用杂质扩散的方法制造得到

4、的，所以在平面管的三层结构即三个区域的杂质分布是不均匀的。其杂质分布可根据扩散工艺推算出来，如图监躬区些区集也区小结晶体管的基区杂质分布有两种形式：•均匀分布（如合金管），称为均匀基区晶体管。均匀基区晶体管中，载流子在基区内的传输主要靠扩散进行，故又称为扩散型晶体管。•基区杂质是缓变的（如平面管），称为缓变基区晶体管。这类晶体管的基区存在自建电场，载流子在基区内除了扩散运动外，还存在漂移运动，而且往往以漂移运动为主。所以又称为漂移型晶体管。晶体管中载流子浓度分布及传输设发射区、基区和集电黑的杂质皆为均匀分布，分别用Ne、Nb、Nc表示，且Ne远大于Nb大于NCoWe

5、发射区宽度Wb基区宽度wc集电区宽度xme发射结势垒度X^c集电结势垒Ml；P；'NNe

6、!Nb；!Nc—亠w—EeiE；B杂质浓度Ne>Nb>Nc度VDE发射结的接触电势差vDC集电结的接触电势差由于平衡时费米能级处处相等，因而基区相对于发射区和集电区分别上移qV°E和qVDCoqVoE一EfG）能带图Pnp型晶体管平衡状态的能带图载流子浓度水IIPaPre0XiX2X3X4(b)载流子浓度分布当晶体管作为放大运用时发射结加正向偏压Ve集电结加反向偏压VcE?MPN9°VCVe(a)当晶体管作为放大运用时发射结加正向偏压Ve集电结加反向偏压VcE?MPN9°VCV

7、e(a)发射结势垒由原来的qV°E下降为q(VDE-VE)集电结势垒由qV°c升高到q(VDC+Vc)q(VDE-Ve)—-fqVnc无偏压时的能带图发射结正偏、集电结反偏时的能带图NPN晶体管作为放大应用时,少数载流子浓度分布示意图XIX2X3iPc(x)IPric发射结正偏，发射区将向基区注入非平衡少子。注入的少子在基区边界积累，并向基区体内扩散。边扩散，便复合，最后形成一稳定分布，记彳乍I1b（X）。向样，基区也面发窮氏注入空穴，并形成一定的分布，记作PE（X）O集电结反偏，集电结势垒区对载流子起抽取作用。当反向偏压足够高时，在基区一边，凡是能够扩散到集电结势

8、垒区Xm的电子，都被势垒区电场拉向集电区。因此，势垒区边界X3处少子浓度下降为零；同样，在集电区一边，凡是能够扩散到Xmc的空穴，也被电场拉向基区，在X4处少子浓度也下降为零，其少子浓度分布为Pc（x）。晶体管中的载流子传输示意图因发射结正偏，大量电子从发射区注入到基区，形成电子电流1证。如基区很薄，大部分电子都能通过扩散到达集电结边界，并被集电极收集，形成集电极电子电流1曲。由于通过基区的电子是非平衡载流子，因此在基区中，电子将一边扩散，一边和基区中的空穴复合，形成体复合电流【VR。显然，体复合电流是垂直于电子电流流动方向的多数载流子电流。同时，基区也向发射区