半导体器件物理三.ppt

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1、●——本章重点晶体管的基本结构平面晶体管的电流放大系数晶体管的特性曲线晶体管的反向电流与击穿电压晶体管的频率参数晶体管的开关特性（电路分析）1半导体三极管有两大类型，双极型半导体三极管场效应半导体三极管双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，是一种CCCS器件CCCS（currentcontrolcurrentsource）流控电流源场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。VCCS(voltagecontrolcurrentsource)压控电流源2双

2、极型晶体管又称晶体三极管，半导体三极管，简称晶体管。双极型晶体三极管(BJT：BipolarJunctionTransistor)一般说的晶体管都是指双极型晶体管3按内部结构分：NPN型和PNP型管；按工作频率分：低频和高频管；按功率分：小功率和大功率管按用途分：普通管和开关管；按半导体材料分：锗管和硅管等等3.1晶体管的一般介绍3.1.1晶体管的基本机构和分类4晶体管的结构发射结集电结基极发射极集电极晶体三极管是由两个PN结组成的发射区基区集电区二极管的结构？567合金管P1163.2a8合金

3、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。

4、P1163.2a910平面管11平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在N型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成P型(基区)，再在P型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。12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。

5、P1173.5a13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。P1173.5b14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

6、又称为漂移型晶体管。小结15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、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3.2晶体管的电流放大原理P119图3.616VDE发射结的接触电势差（UDE）VDC集电结的接触电势差（UDC）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。1718即满足下列电压关系：或Vc>Vb>Ve或Vc

7、P管：VBE﹤0，VCB﹤0，NPN管：VBE﹥0，VCB﹥0要使三极管能放大电流或者电压，必须使发射结正偏，集电结反偏(外部条件)19为保证三极管具有电流放大作用，制造三极管时必须满足以下工艺要求：（晶体管具有放大作用的内部条件）20(1)基区必须做得很薄(几至十几微米)，而且掺杂浓度最低(与发射区和集电区相比)。(2)发射区的掺杂浓度最高(3)集电区掺杂浓度低于发射区，且面积最大；【可见，虽然发射区与集电区是用同类型半导体材料制成，但由于它们掺杂浓度不同使形成的两个PN结是非对称结，发射极与

8、集电极的功能不同，在将三极管用作放大管时，其发射极和集电极不能互换，否则管子的参数与特性将发生变化。】BECNNP基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度最高21当晶体管作为放大运用时发射结加正向偏压VE（UE）集电结加反向偏压VC（UC）P119图3.722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)23NPN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，并向基区