半导体物理课件8

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1、补充晶体管的直流特性一、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晶体管的基本结构平面晶体管的电流放大系数晶体管的直流特性晶体管的反向电流晶体管（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

2、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、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。合金管合金管是早期发展起来的晶体管。其结构是在N型锗片上，一边放受主杂质铟镓球，另一边放铟球，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

3、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，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。平面管在高浓度的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。npn

4、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，如图所示。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。小结晶体管中载流子浓度分布及传输设发射区、基区和集电区的杂质皆为均匀分布，分别用NE、

5、NB、NC表示，且NE远大于NB大于NC。We发射区宽度Wb基区宽度Wc集电区宽度Xme发射结势垒宽度Xmc集电结势垒宽度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qVDE和qVDC。Pnp型晶体管平衡状态的能带图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VC发射结势垒由原来的qVDE下降为q(VDE-VE)集电结势垒由qVDC升高到q(VDC+VC)NPN晶体管作为放大应用时，少数载流子浓度分布示意图发射结正偏，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

6、区体内扩散。边扩散，便复合，最后形成一稳定分布，记作nB(x)。同样，基区也向发射区注入空穴，并形成一定的分布，记作pE(x)。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垒区XmC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InE。如基区很薄，大部分电子都能通过扩散到达集电结边

7、界，并被集电极收集，形成集电极电子电流InC。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IVR。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，基区也向发射区注入空穴，形成发射结的反注入空穴电流IpE。这股空穴电流在发射区内边扩散边复合，经过扩散长度LpE后基本复合消失，转换成电子电流。另外，在集电结处还有一股反向饱和电流ICB0。综上所述可知，通过发射结有两股电流，即InE和IPe，所以，发射极电流IE=InE+IpE通过集电结也有两股电流InC和ICB0，集电结电流IC=InC+I

8、CB0通过基极有三股电流，即IpE、I