清华模电课件第四课时.ppt

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1、1.3双极型三极管(BJT)又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。(BipolarJunctionTransistor)三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN和PNP型。主要以NPN型为例进行讨论。图1.3.1三极管的外形威廉·肖克利(WilliamShockley)：晶体管之父、1956年度诺贝尔物理学奖获得者(摘要版)肖克利，1910年生于伦敦。3岁随父母举家迁往加州。从事矿业的双亲从小灌输科学，加上中学教师斯拉特的熏陶，他考入了加州理工学院，后进入麻省理工(MIT)，修成博士后留校任教。肖克利，这位20世纪最具才华的人物，也是最让人难以捉摸的人物。对管理

2、技巧一窍不通，甚至跟人打交道的能力都没有，却偏偏十分自以为是。一位硅谷经理人员说他是"一位天才，又是一位十足的废物"。在贝尔实验室期间与人共同发明晶体管，被媒体和科学界称为"20世纪最重要的发明"。他率先引导"硅谷"走向电子产业新时代。他不相信任何人。"如果我们在实验室搞出什么名堂，他需要打电话给贝尔实验室的老朋友，问这是不是真的，这对提高士气没有任何积极影响"。肖克利跟人说话，总象对待小孩子一样，态度日趋傲慢。他的门徒们提议研究集成电路，但肖克利拒绝了他们的建议。到1957年，8人中有7人产生跳槽的想法。肖克利大发雷霆，把他们称作叛徒，时称"叛逆八人帮"，成了硅谷最著名的

3、典故之一。他们创办了具有传奇色彩的仙童公司。肖克利的梦想破灭了。但他的"叛逆八人帮"成了硅谷最重要的火种。几年后，他们发明了集成电路，改变了整个世界。肖克利以自己惨痛的失败成全了硅谷的繁荣。但也有人说，肖克利对硅谷来说是一种报应。因为在肖克利之后，原先由HP创立的标准从此走向消亡，肖克利留下的东西弥漫在硅谷上空：贪婪、天才、忠诚瓦解、野心、悲剧和突然的毁灭，正是这些构成了未来硅谷周期性的特征。8个人如此决断地离去，是肖克利一生中最大的打击，他永远不会原谅他们。但是三年后，在一次商业宴会上，他偶遇诺宜斯，肖克利还是率先打招呼："你好，罗伯特"，然后便走开了。从那以后，他们有近

4、20年时间没再说过话。这位老科学家发财梦彻底破灭，被迫弃商就教，于1963年到斯坦福大学做教授。70年代，肖克利公开宣称：并不是所有的人在遗传上都是在同等水平的，也不是在同等的基础上进化的。这些极具争议的活动，经过宣传媒体的广泛报道，不幸地掩去了肖克利的科学成就和他对硅谷所做的贡献。1.3.1三极管的结构常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图1.3.2三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。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

5、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。becPNP合金型三极管制作工艺：在N型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与N型锗接触，冷却后形成两个P型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。图1.3.3三极管结构示意图和符号(a)NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极bcbe符号NNPPN图1.3.3三极管结构示意图和符号(b)PNP型1.3.2三极管的放大作用和载流子的

6、运动(重点、难点)以NPN型三极管为例讨论图1.3.4三极管中的两个PN结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。电极电位之间的关系是：NPN型UC＞UB＞UEPNP型UC＜UB＜UE2.满足放大条件的三种电路becRcRb三极管中载流子运动过程IEIB1.发射发射区的电子越过发射结扩散

7、到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流IE(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。2.复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉的空穴由VBB补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。图1.3.5三极管中载流子的运动becIEIBRcRb三极管中载流子运动过程3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流Icn。其能量来自外接电源VCC。IC另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO图1.3.5三极管中载流子