半导体器件2修改版

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1、半导体器件基础半导体概要载流子模型载流子输运pn结的静电特性pn结二极管：I-V特性pn结二极管：小信号导纳pn结二极管：瞬态特性BJT的基础知识BJT静态特性BJT动态响应模型MOS结构基础MOSFET器件基础JFET和MESFET简介8.1BJT的基本概念半导体三极管有两大类型：一类是双极型半导体三极管（简称BJT）；一类是场效应半导体三极管（简称FET）。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，它由两个PN结组合而成。半导体三极管一般指双极型半导体三极管，简称晶体管、三极管。BipolarJunctionTransistor-BJT基本概念BipolarJunc

2、tionTransistorN+NPPEBCEBCEBCNPNPNP第一个点接触式的晶体管(transistor)Bardeen,Brattain,andSchockley获1956年诺贝尔物理奖晶体管的特性两个独立的PN结构成晶体管的静电特性N+PN符号:箭头代表发射极电流的实际方向NPN型PNP型--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极8.2BJT的结构与工艺理想NPN掺杂分布集电结外延，发射结离子注入ebc三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且掺杂浓度很

3、低。BJT三个电极之间可以组成不同的输入和输出回路NPN型BJT三极管的共发射极连接结点电流：IE=IB+IC制备工艺(2)混合隔离的纵向NPN管(1)PN结隔离的纵向NPN管1.制备埋层（氧化(SiO2)-光刻-埋层扩散-去氧化层）进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层PN+（提供集电极电流的低阻通路）PN+N+2.生长外延层PN+N将硅片放入外延炉中进行外延，外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定3.制备PN结隔离（氧化(SiO2)-光刻-扩散-去氧化层）PN+NP+P+4.制备基区（氧化-光刻）PSiO2N+NP+P+基区（基区扩散-去氧化层

4、）PN+NPP+P+5.发射区（集电区）（氧化-光刻-扩散）PSiO2N+NPN+N+P+P+发射区（集电区）（去氧化层）PN+NPN+N+P+P+6.金属连线（引线氧化-接触孔光刻-蒸铝引线光刻）PSiO2N+NN+N+P+P+反刻铝P合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在450℃、N2-H2气氛下处理20～30分钟形成钝化层在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅刻蚀氮化硅，形成钝化图形N＋埋层用于降低集电极串连电阻8.3BJT的工作原理（NPN管）BJT在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。发射结正偏，集电结反

5、偏。下面以NPN管为例介绍晶体管的放大作用。基本共射放大电路如右图。EBC+UCE－＋UBE－＋UCB－共发射极接法c区b区e区载流子的传输过程：1）发射区向基区发射电子2）电子在基区的扩散与复合3）集电极收集电子BJT中载流子的传输过程1）发射区向基区发射电子。发射极电流：IE=IEN＋IEPIENIENEPIIEICIB发射结正偏，有利于多子的扩散。发射区的大量自由电子扩散到基区，形成电流IEN，其方向与电子流动的方向相反。同时，基区的空穴也扩散到发射区，形成电流IEP，但由于发射区的杂质浓度比基区高得多（一般高几百倍），因此空穴流与电子流相比可忽略不计。2）电子在基区的扩散与

6、复合。基极电流：IB≈IBNIENEPIIEICIB由发射区向基极注入的电子，即成为基区内的少子，称为非平衡载流子，并在基区靠近发射结的边界积累起来，在基区中形成一定的浓度梯度，因此自由电子向集电极方向扩散，扩散的过程中会与基区中的空穴复合，形成基极电流IBN。3）集电极收集电子集电极电流：IC≈ICNIENEPIIEICIBICN集电结反偏，有利于少子的漂移，所以到达集电结的电子很快漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流ICN。8.4BJT的特性参数发射效率：0≤≤1，通过使尽可能的接近1，可以获得更大的BJT电流增益。基区输运系数：成功进入集电区的少数载流子占注入到基区的少数

7、载流子的比例。0≤≤1，在基区中复合的载流子越少，越大，其尽可能接近1时，BJT电流增益越大。(PNP型)(NPN型)（NPN型）（PNP型）共基极直流电流增益：为共基区直流电流增益0≤≤1，一般接近于10≤≤10≤≤1共发射极直流电流增益：为共发射极直流电流增益＞＞1放大倍数8.5BJT的特性曲线(1)输入特性曲线iB=f(uBE)uCE=const（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。（2）当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，