《半导体物理器件V》PPT课件

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1、第三章双极结型晶体管●双极结型晶体管的结构●基本工作原理●理想双极结型晶体管中的电流传输●爱伯斯-莫尔方程●缓变基区晶体管●基区扩展电阻和电流密聚●基区宽度调变效应●晶体管的频率响应●混接型等效电路●晶体管的开关特性●击穿电压●P-N-P-N结构●异质结双极晶体管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-美德州仪器公司（TI）1

2、956年Bardeen、Shockley、Brattain获诺贝尔奖1956年中国制造出第一只锗结型晶体管-（吉林大学高鼎三）1970年硅平面工艺成熟，双极结型晶体管大批量生产发展历史3.1双极结型晶体管的结构1.双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型3.1双极结型晶体管的结构2.双极型晶体管工艺复合图3.1双极结型晶体管的结构光刻硼扩散窗口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。3.制造工艺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、磷等杂质向硅中扩散，同时也起表面钝化作

3、用。3.1双极结型晶体管的结构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。光刻发射极和基极接触孔9）蒸发铝10）在铝上光刻出电极图形3.2基本工作原理双极晶体管四种工作模式（工作区）基极对集电极电压基极对发射极电压（1）正向有源模式：（2）反向有源模式：（3）饱和模式：（4）截止模式：加在各PN结上的电压为根据两个结上电压的正负，晶体管有4种工作状态，3.2基本工作原理3.2.1共基极连接晶体管的放大作用图3-6（b）NP

4、N晶体管共基极能带图晶体管放大电路有两种基本类型：共基极接法与共发射极接法。3.2基本工作原理3.2.2电流分量从发射区注入到基区中的电子流。到达集电结的电子流。基区注入电子通过基区时复合所引起的复合电流从基区注入到发射区的空穴电流发射结空间电荷区内的复合电流。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。3.2基本工作原理3.2.2电流分量（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）3.2基本工作原理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（3-5）（3-7）基区输运因子共基极直流电流增益（3-6）3.2.3.电流增益3.2基本工作原理（3-8）（3-10）

5、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（3-9）3.2.3.电流增益3.2基本工作原理图3-8集电结电流电压特性：（a）共基极情形，（b）共发射极情形3.2基本工作原理式中定义共发射极接法（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）3.2基本工作原理学习要求掌握四个概念：发射效率、基区输运因子、共基极电流增益、共发射极电流增益了解典型BJT的基本结构和工艺过程。掌握BJT的四种工作模式。画出BJT电流分量示意图，写出各极电流及其相互关系公式。分别用能带图和载流子输运的观点解释BJT的放大作用。为什么公式（3-9）可以写成公式（3-10）。

6、解释理想BJT共基极连接正向有源模式下集电极电流与集电压无关的现象。解释理想BJT共发射极连接正向有源模式下集电极电流与集电极－发射极间的电压无关的现象。解释理想BJT共基极连接和共发射极连接的输出特性曲线。3.3理想双极结型晶体管中的电流传输（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，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3.3.1电流传输理想

7、晶体管的主要假设及其意义：3.3理想双极结型晶体管中的电流传输3.3.1电流传输3.3理想双极结型晶体管中的电流传输边界条件为：中性基区（0）少子电子分布及其电流：（3-16）（3-17）（3-18）3.3.1电流传输3.3理想双极结型晶体管中的电流传输1.电子电流（3-16）（3-19）（3-20）3.3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：（3-21）（3-23a）3.3理想双极结型晶体管中