第二章 晶体三极管-1(2009)

第二章 晶体三极管

2.1 放大模式下晶体管三极管的工作原理2.2 晶体管三极管的其他工作模式

2.3 Ebers-Moll 模型2.4 晶体三极管的伏安特性曲线

2.5 晶体三极管的小信号电路模型2.6 晶体三极管的电路分析方法 2.7 晶体三极管应用原理 2.8 集成工艺

Shockley

Bardeen

Brattain

晶体三极管的发明者

年份 1874 1907

半导体器件 金属—半导体接触 发光二极管(LED)

发明者 Braun Round

1947 1949

双极型晶体管(BJT) p-n结 晶闸管 太阳能电池 异质结双极型晶体管(HBT) 隧道二极管 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)激光 异质结激光 转移电子晶体管(TED) 碰撞电离雪崩渡越时间二极管 (IMPATT) 金属半导体场效应晶体管(MESFET) 非挥发性半导体存储器(NVSM) 电荷耦合元件(CCD) 共振隧穿二极管 调制掺杂场效应晶体管(MODFET) 室温单电子存储器(SEMC) 15nm金属氧化物半导体场效应晶体管

Bardeen和Brattain;Shockley Shockley Ebers Chapin,Fuller和Pearson Kroemer EsakiKahng和Atala Hall等 Kroemer;Alferov和Kazarinov Gunn Johnston,Deloach和Cohen Mead Kahng和 施敏 Boyle和Smith 张立纲，Esaki和Tsu Mimura等 Yano 等 Yu等

主 要 半 导 体 器 件

1952 1954 1957 19581960 1962 1963 1963 1965 1966 1967 1970 1974 1980 1994 2001

微电子发展史上的几个里程碑 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术在集 成电路产业中占95%以上

1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器 1968年Dennard——单晶体管DRAM

1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏– 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机 完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克 公司认为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21 世纪改变人类社会和经济的三大技术创新

晶体三极管(双极型晶体管)的结构及类型 (Bipolar Junction Transistor,BJT)

Base Emitter Collector

集电极 c 集电区

N基极 b

集电结 基区 发射结 b

c

P N

发射区 符号

e

发射极 e 图 三极管结构示意图和符号NPN 型

集电极 c 集电区

P N基极 bN

集电结 基区 发射结 发射区 发射极 e b

c

N P

e

符号PNP 型

图

三极管结构示意图和符号

IC集电极 CB结 集电结

C N P N+ E发射极

集电区： 结面积较大 基区： 较薄，掺杂 浓度低

IBB基极 发射结 EB结

工作条件：

发射结加正向电压集电结加反向电压

发射区： 掺杂浓度较高

IE

制造工艺：(1)发射区比基区、集电区掺杂浓 度大。 (2)集电结面积比发射区的大。 (3)基区薄(几µ m——几十µ m),高 频几µ m,低频几十µm。 因此发射区、集电区并不是对称的。

1、背对背排列的两个PN结：EB结、CB结

2、三个电极(三端器件)、三个区域、两个结3

、PNP、NPN两种类型

4、非线性器件、有源器件5、工作模式(1)放大工作模式(Amplifier Mode)

(2)饱和模式(Saturation Mode)

(3)截止模式(Cutoff Mode)

三极管的外形如下图所示。X:低频小功率管 D:低频大功率管 G:高频小功率管 A:高频大功率管

图

三极管的外形

三极管有两种类型：NPN 型和 PNP 型。

主要以 NPN 型为例进行讨论。