半导体器件物理chapt 3-1-晶体管的基本结构和杂质分布PPT课件

《半导体器件物理chapt 3-1-晶体管的基本结构和杂质分布PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、§3.1晶体管的基本结构和杂质分布晶体管的基本结构晶体管种类繁多按用途分：低频、高频、小功率、大功率、低噪声和高反压管等按制造工艺：合金管、扩散管、离子注入管等各种晶体管基本结构都相同：两种同导电类型的材料夹一反导电类型的薄层而构成，中间夹层的厚度必须远小于该层材料少数载流子的扩散长度，有NPN和PNP两种结构。实际上是两个彼此十分靠近的背靠背的pn结，分别称为发射结和集电结晶体管的制造工艺一、合金晶体管Wb为基区宽度，Xje和Xjc分别为发射结和集电结的结深合金晶体管的主要缺点是基区宽度较宽，一般为10um，所以频率特性差，多工作于低频场合二、合金扩散晶体管

2、合金扩散晶体管的基区采用扩散法形成，基区宽度可以达到2-3um，同时基区杂质具有一定分布浓度，所以频率特性较好，可用于高速开关、高频放大等场合三、台面晶体管集电结一般是扩散结，发射结可以用扩散法也可以用合金法制成。台面晶体管的基区可以做得更薄，而且采用条形电极，PN结面积更小，从而减小了PN结电容，具有比合金扩散晶体管更好的频率特性四、平面晶体管采用平面工艺制造的平面晶体管是在台面晶体管基础上发展起来的，是目前生产的最主要的一种晶体管。其主要过程是：在N型硅片上生长一层二氧化硅膜，在氧化膜上光刻出一个窗口，进行硼扩散，形成P型基区，然后在此P型层的氧化膜上再光

3、刻一个窗口，进行高浓度的磷扩散，得到N型发射区，并用铝蒸发工艺以制出基极与发射极的引出电极，N型基片则用做集电极。硅片表面全都被扩散层和氧化层所覆盖，像一个平面一样，这就是平面晶体管名称的由来。由于此晶体管的基区和发射区是由两次扩散工艺形成的，因此称为双扩散管。在晶体管内部，载流子在基区中的传输过程是决定晶体管许多性能(如增益、频率特性等)的重要环节。而在几何参数(基区宽度)确定后，基区杂质分布是影响载流子基区输运过程的关键因素。尽管晶体管有很多制造工艺，但在理论上分析其性能时，为方便起见，通常根据晶体管基区的杂质分布情况的不同，将晶体管分为均匀基区晶体管和缓

4、变基区晶体管。均匀基区晶体管的基区杂质是均匀分布的，如前面介绍的合金管等。在这类晶体管中，载流子在基区内的传输主要靠扩散机理进行，所以又称为扩散型晶体管。缓变基区晶体管的基区杂质分布是缓变的．如各种扩散管。这类晶体管的基区存在自建电场，载流子在基区除了扩散运动外，还存在漂移运动且往往以漂移运动为主，故也称漂移晶体管。值得指出的是，在进行晶体管的理论分析时，常以合金管和外延平面管为典型例子。因此，均匀基区晶体管和缓变基区晶体管往往是合金管和双扩散外延平面管的代名词。前者三个区域的杂质分布均为均匀的，后者则除基区为缓变杂质分布外，发射区杂质分布也是缓变的。均匀基区

5、晶体管和缓变基区晶体管§3.2晶体管的电流放大原理晶体管的最主要的作用就是具有放大电信号的功能。单个PN结只具有整流作用而不能放大电信号，但是当两个彼此很靠近的PN结形成品体管时(晶体管的基区宽度要远小于基区少于扩散长度)．两个结之间就会相互作用而发生载流子交换，晶体管的电流放大作用正是通过载流子的输运体现出来的。下面以NPN晶体管为例，分析晶体管的电流放大原理。后面讨论的晶体管通常是指均匀基区晶体管(除非特别说明)，并假设：发射区和集电区宽度远大于少子扩散长度，基区宽度远小于少子扩骸长度；发射区和集电区电阻率足够低，外加电压全部降落在势垒区，势垒区外没有电场

6、；发射结和集电结空间电荷区宽度远小于少子扩散长度，且不存在裁流子的产生与复合；各区杂质均匀分布，不考虑表面的影响，且载流子仅做一维传输；小注入，即注入的非平衡少子浓度远小于多子浓度；发射结和集电结为理想的突变纪，且面积相等(用A表示)。晶体管的能带及其载流子的浓度分布1、平衡晶体管的能带和载流子的分布在晶体管的三个端不加外电压时(即平衡状态下)，晶体管的能带和载流子的分布如右图所示。晶体管的三个区，发射区E、基区B、集电区C的杂质为均匀分布，其中发射区为高掺杂，杂质浓度最高，其余两区浓度相对较低。发射结和集电结的接触电势差分别为UDE和UDC。平衡状态时，晶体

7、管有统一的费米能级。2、非平衡晶体管的能带和载流子的分布当晶体管正常工作时，所加的外电压必须保证发射结正偏，集电结反偏。发射结加正向偏压(用UE表示)，集电结加反向偏压(用UC表示)。此时，晶体管的发射结和集电结处于非平衡状态，没有统一的费米能级，其能带和载流子的分布如右图所示。能带的变化如图(b)所示。可见，与平衡状态时相比，如果假设基区能带不变，由于发射结正偏，发射区能带相对抬高qUE;集电结反偏，集电区能带相对压低qUC。载流子的分布，如图(c)所示，由于发射结正偏，发射区向基区注入电子(少子)在基区边界积累，并向基区体内扩散，边扩散边复合，最后形成一稳

8、定分布，用nb(x)表示；同时，基区也