半导体物理与器件第十章双极晶体管

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双极晶体管-清华大学半导体物理

双极晶体管-清华大学半导体物理

Bipolar Junction Transistors双极晶体管IntroductionThree basic transistors:•Bipolar transistors•MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistors)•JFET(Junction field effect transistors)Bipolar junction transistors1)Bipolar: electrons & holes2)Junction: 2 pn junctions3)Basic principle: ambipolar transport theoryDifferences between BJT and MOSFET:•工作的核心结构:BJT: 两个pn结;MOSFET: 沟道。

•参与工作的载流子:BJT: 电子和空穴;MOSFET: 电子或空穴。

BJTs: 2 juctions, 3 terminals.Essentially,BJTs are voltage controlling current sources.哪两端的电压控制哪个电流?如何控制?发射极作为载流子的源,形成电流(流向集电极的粒子流),在电流流经的途中加入基极(控制极),实现对电流的控制。

例如:电路符号:Kirchhoff’svoltage & current lawsTwo common circuit configurations •Common base configuration •Common emitter configuration Different input signalFour different biasing modes:Two applications: Anolog circuits & Digital circuitsChapter 9Static characteristics of bipolar junction transistors目标:•定性了解双极晶体管的基本工作原理•定量分析双极晶体管中载流子的分布和电流的成分•影响双极晶体管性能的因素•非理想效应•双极晶体管的基本模型•了解先进双极晶体管基础:pn结理论审稿人建议作者考虑如下问题、并进行适当修改:1. 诚如原文“τ为零外磁场下自由层内的总磁矩偏离初始平衡状态向准平衡态弛豫的弛豫时间,该弛豫包含了Gilbert弛豫过程、由各向异性能变化引起的恢复扭矩、自旋动力学弛豫过程以及自旋翻转散射等效应。

半导体物理与器件习题

半导体物理与器件习题

半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1.如图是金刚石结构晶胞,若a 是其晶格常数,则其原子密度是。

2.所有晶体都有的一类缺陷是:原子的热振动,另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。

3.半导体的电阻率为10-3~109Ωcm。

4.什么是晶体?晶体主要分几类?5.什么是掺杂?常用的掺杂方法有哪些?答:为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。

常用的掺杂方法有扩散和离子注入。

6.什么是替位杂质?什么是填隙杂质?7.什么是晶格?什么是原胞、晶胞?二、第二章量子力学初步1.量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。

2.什么是概率密度函数?3.描述原子中的电子的四个量子数是:、、、。

三、第三章固体量子理论初步1.能带的基本概念◼能带(energy band)包括允带和禁带。

◼允带(allowed band):允许电子能量存在的能量范围。

◼禁带(forbidden band):不允许电子存在的能量范围。

◼允带又分为空带、满带、导带、价带。

◼空带(empty band):不被电子占据的允带。

◼满带(filled band):允带中的能量状态(能级)均被电子占据。

导带:有电子能够参与导电的能带,但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。

价带:由价电子形成的能带,但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。

半导体物理与器件第十章双极晶体管

半导体物理与器件第十章双极晶体管

而B-C结处于反偏状态,因此在x=xB处过剩载流子浓度的 边界条件为:
nB xB nB x xB nB0 0 nB0 nB0
半导体物理与器件
利用上述边界条件,可以求得上述双极输运方程解得 一般形式中的系数为:
xB eVBE nB 0 nB 0 exp 1 exp kT L B A xB 2 sinh L B

由于B-E结处于正偏状态,因此在发射区中x=0处, 过剩少数载流子空穴浓的边界条件为:
pE 0 pE x' 0 pE 0
eVBE pE 0 exp kT
1
半导体物理与器件
而在发射区表面,复合速度为无穷大,因此在x’=xE处 边界条件为
半导体物理与器件
电子扩散通过基区后,进入反偏的B-C结空间电荷区, 被B-C结电场抽取进入搜集区,能够被拉向收集区的电 子数目取决于由发射区注入到基区中的电子数目(复 合掉的电子数目)。 流入到收集区中的电子数量(构成收集极电流)取决 于发射结上的偏置电压,此即双极型晶体管的放大作 用,即:BJT中流过一个端点的电流取决于另外两个端 点上的外加电压。 其他因素:发射 极空穴电流,基 区复合电流,集 电极反向漏电流
n++ E
P+
n C
半导体物理与器件
定性分析 热平衡和偏置状态
注意这里没有反映出各 个区杂质浓度的区别 正向有源区,电子的输 运过程
半导体物理与器件
B-E结正偏;B-C 结反偏;正向有 源模式
注意基区宽度 回忆:短二极管
半导体物理与器件
发射结正偏,电子扩散注入基区 B-C结反偏,基区中靠近B-C结边界处电子浓度为零。 基区中电子存在着较大的浓度梯度,因此电子可以通 过扩散流过基区,和正偏的PN结二极管类似,少子电 子在通过中性基区的过程中也会与其中的多子空穴发 生一定的复合。

模电课件双极型晶体管

模电课件双极型晶体管
进行仿真验证
使用仿真软件对设计好的晶体 管进行性能仿真,验证其是否
满足设计要求。
设计流程
确定应用需求
明确晶体管的应用场景和性能要求。
制作样品并进行测试
根据仿真结果调整设计参数,制作样品并 进行测试,最终确定满足设计要求的晶体 管结构。
进行性能仿真
使用仿真软件对设计好的晶体管进行性能 仿真,验证其是否满足设计要求。
结构与类型
结构
双极型晶体管由三个半导体区域(发射区、基区和集区)和三个电极(发射极、 基极和集电极)组成。
类型
根据结构特点和应用需求,双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。NPN型晶体 管的电流方向为“发射极→基极→集电极”,而PNP型晶体管的电流方向则相反。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
总结词
双极型晶体管的电流-电压特性曲线表现出非线性特征,是晶体管在基极输入信号作用下,集电极电流随基极-发 射极电压变化而变化的特性。
详细描述
双极型晶体管的电流-电压特性曲线呈现出非线性的特点。当基极输入信号变化时,集电极电流会随着基极-发射 极电压的变化而发生变化。在正向放大区,集电极电流与基极电流成正比,而在反向截止区,集电极电流几乎为 零。
模电课件双极型晶体管
• 双极型晶体管概述 • 双极型晶体管的特性 • 双极型晶体管的应用 • 双极型晶体管的参数选择与设计 • 双极型晶体管的制作与测试 • 双极型晶体管的发展趋势与展望
01
双极型晶体管概述
定义与特性
定义
双极型晶体管是一种电子器件,具有 三个电极(集电极、基极和发射极) ,通过控制电流在三个电极之间的流 动来实现信号放大或开关功能。
基区制作
通过扩散或外延技术形成基区,控制其电阻 率和厚度。

半导体物理与器件-第十章-MOSFET基础(1)(MOS结构-CV特性)

半导体物理与器件-第十章-MOSFET基础(1)(MOS结构-CV特性)

11.2.2反型状态(高频)
加较大的正栅压,使反型层电荷出现,但栅 压变化较快,反型层电荷跟不上栅压的变化, 只有耗尽层电容对C有贡献。此时,耗尽层宽 度乃至耗尽层电容基本不随栅压变化而变化。
C' (inv)
C' (dep)min
tox
ox ox
tox
xdT
f 5 ~ 100Hz
f ~ 1MHz
强反型状态(低频)
加大的正栅压且栅压变化较慢,反型层 电荷跟得上栅压的变化
C' (inv)
Cox
ox
tox
平带 本征
41
10.2 C-V特性
n型与p型的比较
负偏栅压时为堆积模式, 正偏栅压时为反型模式。
p型衬底MOS结构
n型衬底MOS结构
正偏栅压时为堆积模式, 负偏栅压时为反型模式。
42
10.2 C-V特性
Cox
Cox
+2 fp
ms
| Q'SD max | Cox
VFB+2 fp
|QSDmax|=e Na xdT
f (半导体掺杂浓度,氧化层电荷,平带电压,栅氧化层电容)27
10.1 MOS电容 阈值电压:与掺杂/氧化层电荷的关系
P型衬底MOS结构
Q′ss越大,则VTN的绝对值 越大; Na 越高,则VTN的值(带符 号)越大。
栅压频率的影响
43
小节内容
理想情况CV特性
CV特性概念 堆积平带耗尽反型下的概念 堆积平带耗尽反型下的计算
频率特性
高低频情况图形及解释
44
10.2.3固定栅氧化层电荷和界面电荷效应
对MOS的C-V的影响主要有两种: (1)固定栅氧化层电荷 (2)氧化层-半导体界面电荷

《双极晶体管》课件

《双极晶体管》课件

2 NPN型和PNP型晶体
管的区别
NPN型和PNP型晶体管的 区别在于掺杂和电流流动 方向的差异,每种类型在 电路中有其独特的应用。
3 双极晶体管的放大和
开关特性
双极晶体管可用作信号放 大器,在线性区域工作时 放大弱信号;在饱和和截 断状态下可用作开关。
双极晶体管的使用建议
选择适合的双极晶体 管参数
双极晶体管可以用于放大弱信号、调整电路增益和频率响应,并具有小尺寸、可靠性和高效 能的特点。
双极晶体管的种类和应用领域
双极晶体管根据结构和材料的不同分为多种类型,广泛应用于电子设备、通信系统、功放等 领域。
双极晶体管的原理
1 双极晶体管的结构和
工作原理
双极晶体管由P型和N型半 导体材料构成,基于PN结 的正向和反向偏置来控制 电流流动。
《双极晶体管》PPT课件
在这个《双极晶体管》PPT课件中,我们将介绍双极晶体管的基本知识,包括 其作用、结构、工作原理、种类和应用领域等。让我们一起探索这一引人入 胜的电子元器件!
产品介绍
什么是双极晶体管
双极晶体管是一种常见的电子元器件,通过控制电流来实现信号的放大和开关功能。
双极晶体管的作用和特点
根据电路需求选择合适的电流 增益、频率响应和功率特性等 参数的双极晶体管。
双极晶体管的使用注 意事项
遵循正确的极性、电压和电流 要求,确保双极晶体管正常工 作且不受损。
如何正确布局和布线 双极晶体管电路
合理安排双极晶体管的位置和 连接,避免干扰和不Байду номын сангаас要的电 路耦合。
双极晶体管的发展趋势
集成电路
无线通信
双极晶体管的集成电路已经成为 现代电子产品中的重要组成部分, 实现更小型化、高性能和多功能。

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理双极型晶体管是一种广泛应用于电子电路中的半导体器件,它具有放大、开关和稳压等功能,是现代电子技术中不可或缺的元器件之一。

那么,双极型晶体管是如何工作的呢?本文将从双极型晶体管的结构、工作原理和特性等方面进行详细介绍。

首先,我们来看一下双极型晶体管的结构。

双极型晶体管由两个PN结组成,其中一个是P型半导体,另一个是N型半导体。

P型半导体中的载流子主要是空穴,而N型半导体中的载流子主要是电子。

当P型半导体和N型半导体通过扩散结合在一起时,形成PN结。

在PN结的两侧分别连接上金属电极,就形成了双极型晶体管的结构。

接下来,我们来介绍双极型晶体管的工作原理。

在正常工作状态下,双极型晶体管可以分为放大区和截止区两种状态。

当双极型晶体管处于放大状态时,通过向基极施加一个正向偏压,使得PN结处于正向偏置状态,此时电流可以从发射极流向集电极,从而实现对信号的放大。

而当双极型晶体管处于截止状态时,基极施加的电压小于开启电压,PN结处于反向偏置状态,此时电流无法从发射极流向集电极,双极型晶体管处于截止状态,不对信号进行放大。

双极型晶体管的工作原理可以用以下几个关键参数来描述,放大倍数、输入电阻、输出电阻和最大耗散功率等。

其中,放大倍数是指双极型晶体管对输入信号进行放大的能力,输入电阻是指双极型晶体管对输入信号的阻抗,输出电阻是指双极型晶体管对输出信号的阻抗,最大耗散功率是指双极型晶体管能够承受的最大功率。

双极型晶体管具有许多优点,如体积小、重量轻、功耗低、寿命长等,因此在电子电路中得到了广泛的应用。

它可以用于放大电路、振荡电路、开关电路、稳压电路等各种电路中,为电子设备的正常工作提供了重要支持。

总的来说,双极型晶体管是一种重要的半导体器件,它通过合理的结构和工作原理,实现了对信号的放大、开关和稳压等功能。

在现代电子技术中,双极型晶体管发挥着重要的作用,为各种电子设备的正常工作提供了有力支持。

希望本文对大家对双极型晶体管的工作原理有所了解,谢谢阅读!。

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理双极型晶体管(BJT)是一种常见的电子器件,其工作原理基于PN结的导电特性。

BJT有三个电极,分别是基极(base)、发射极(emitter)和集电极(collector)。

BJT是一种由两个PN结组成的三层结构,有两种类型:NPN型和PNP型。

NPN型的BJT中,基极是P型半导体,发射极是N型半导体,集电极是P型半导体。

PNP型的BJT中,基极是N型半导体,发射极是P型半导体,集电极是N型半导体。

当正向偏置施加在PN结上时,使得发射结正向偏置而集电结反向偏置。

这导致基区中的载流子浓度增加,使得基区变得导电。

当在基极-发射极之间施加一个小的输入电压时,基区中的浓度变化,导致发射极-基极电流(IE)的变化。

根据BJT的放大特性,这个微小的输入电流变化将导致集电极-发射极电流(IC)的大幅度变化。

因此,BJT可以作为电流放大器使用。

通过控制基极-发射极电流,可以得到更大的集电极-发射极电流。

这使得BJT适用于放大和开关电路。

在放大器中,输入信号通过调节基极-发射极电流来放大输出信号。

在开关电路中,可以在集电极-发射极之间形成开关效应。

需要注意的是,BJT的工作原理受到PN结正向偏置、反向偏置和饱和的影响。

在正常工作区域内,BJT是活跃的,并能放大电信号。

然而,当发射极-基极电流超过一定限制时,BJT会进入饱和区,导致性能下降。

总结起来,双极型晶体管的工作原理是通过控制基极-发射极电流来放大集电极-发射极电流。

这使得BJT成为一种重要的电子元件,在电路中广泛应用于放大和开关的功能。

BJT-清华大学半导体物理与器件

BJT-清华大学半导体物理与器件

Bipolar JunctionTransistors双极型晶体管14集成电路中的npn-BJT杂质分布特点:•两头大,中间小•发射区掺杂浓度比基区高很多•四层结构•A E < A C本征晶体管非本征晶体管•埋层•隔离:采用pn 结5双极晶体管的四个工作区9正向有源区(正向放大模式,有源模式)——发射结正偏,集电结反偏9反向有源区(反向放大模式)——发射结反偏,集电结正偏SaturationCutoffActive InvertedV CB (pnp )V BC (npn )V EB (pnp ) V BE (npn )9截止区——两个结都反偏9饱和区——两个结都正偏双极型晶体管使用时,有共基极、共发射极和共集电极三种接法。

BJT的电流方向67理想npn-BJT ( 原型BJT )8•发射结正偏•集电结反偏910处于正向有源区BJT 的内部少子分布示意图162. 杂质任意分布的晶体管理论BJT 的晶体管作用主要发生在基区,研究基区的特性是获得BJT 电流电压关系的关键。

•缓变基区——基区杂质分布为任意形式•通过缓变基区的研究,将获得BJT 的基区电场分布、载流子分布以及电流分布的公式•介绍BJT 的一个重要的参数——基区渡越时间常数182.1 基区电流求基区非平衡少子(电子) 分布及电流密度分布——Moll-Ross方法推导前提是6个基本假定:1)少子在基区中的运动是一维的2)基区宽度大于载流子的平均自由程3)基区中准中性近似成立4)载流子的迁移率等于常数(可以引入平均迁移率)5)基区处于小注入状态6)忽略基区复合(对于现代高β-BJT是成立的)1922问题:分析基区电流的漂移流成分与扩散流成分归一化基区非平衡少子浓度分布2.3 重掺杂发射区为了获得高增益,发射结要求高注入比,即I pE(–x E) << I nB(0) ,因此发射区要求重掺杂1) 禁带变窄•重掺杂会导致电子在杂质原子之间进行共有化运动。

《双极型晶体管》课件

《双极型晶体管》课件
作。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中,温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响,需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中,压力和气氛也是关键的工艺参数。例如,在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中,需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割,得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺,在芯片 表面形成一层薄膜,作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面,然后进行腐蚀, 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来,并将芯片封装在适当的壳 体中,完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系,随着集电极电流的增 加,输出电压逐渐减小,表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系,随着基极电流的增加, 集电极电流也相应增加,表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时,电流从 集电极流向发射极,实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数,通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度,适用于高频信号 处理和开关电路。

《双极型晶体管》课件

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双极型晶体管的种类
种类
根据结构和工作原理的不同,双极型晶体管可分为NPN型和 PNP型两大类,每种类型又有多种不同的器件结构和用途。
应用领域
双极型晶体管广泛应用于电子设备、通信、计算机、家电等 领域,作为信号放大、开关、稳压、震荡等电路的核心元件 。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
基极电流(Ib)
封装与测试
封装形式
双极型晶体管有多种封装形式,如TO-92 、TO-220等,根据应用需求选择合适的 封装形式。
VS
测试方法
对双极型晶体管进行电气性能测试,如电 流放大倍数、集电极电阻等,以确保其性 能符合要求。
05
双极型晶体管的展望
新材料的应用
硅基材料
继续优化硅基双极型晶体管性能,探索更高 频率、更高功率密度和更低噪声的晶体管。
01
导通状态
当基极输入足够大的电流时,晶体 管进入饱和导通状态。
开关速度
晶体管在导通和关断状态之间切换 的速度。
03
02
关断状态
当基极输入负偏置电压或无电流时 ,晶体管处于截止状态。
延迟时间
从基极输入信号到晶体管完全导通 所需的时间。
04
03
双极型晶体管的应用
放大器
总结词
双极型晶体管具有电流放大作用,是放大器中的核心元件。
工作原理
双极型晶体管利用电子和空穴两种载 流子参与导电,通过控制基极电流来 调节集电极和发射极之间的电流,实 现信号放大、开关等作用。
双极型晶体管的结构
结构
双极型晶体管由半导体材料制成,通 常采用NPN或PNP结构,由三个区域 (基区、集电区和发射区)和三个电 极组成。

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理

双极型晶体管工作原理双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)是一种基于晶体管原理的电子元件,具有三个区域:基区(Base)、发射区(Emitter)和集电区(Collector)。

双极型晶体管的工作原理基于P型和N型半导体材料之间的P-N结。

首先,让我们了解一下P-N结。

P-N结是由具有不同材料的P型半导体和N型半导体改变而成。

在P-N结中,P区的材料中存在大量的正电荷载流子(空穴),而N区的材料中则存在大量的负电荷载流子(电子)。

在一个双极型晶体管中,P-N结的形成导致了基区、发射区和集电区的建立。

基区是一个薄薄的P型层,发射区是一个外层的N型区域,而集电区是一个N型材料形成的区域。

在放大模式下,双极型晶体管通过控制基极电压和基电流来调节集电电流。

当正偏(外加电压高于内部电压)被施加在P-N结上时,电流流动从基区到发射区,同时,在集电区域的过程中,发射区的电流也会传输过来。

因此,在集电-发射电流与基电流的比例下,集电区的电流放大。

在开关模式下,双极型晶体管可以根据基极电压和基电流的变化以开关方式操作。

当双极型晶体管处于关闭状态时,集电区域的电流接近零。

但是,当一个正向电压被施加在基区时,P-N结将被正向偏置,结电场将溢出,从而使电流流动。

当正向电流通过集电区时,它将打开双极晶体管,并允许更大的电流从集电电极流过。

总结一下,双极型晶体管的工作原理可以通过控制基极电压和基电流来调节集电区的电流。

在放大模式下,通过调节基电流,可以放大集电区的电流。

而在开关模式下,通过调节基极电压和基电流,可以控制双极型晶体管的导通和截止。

双极型晶体管————工作原理

双极型晶体管————工作原理

三. 晶体管的放大作用
c
IC + △IC
I CN
△ ICN
△ IBN
RC
△U=RC△IC
_
ui
b +
IB+ △ IB
I
BN
15V
RB IE
△IEN
U CC
I
UBB
e
IE + △IE
4.4.2
晶体管伏安特性曲线及参数
晶体管有三个电极,通常用其中两个分别作输入、 输出端,第三个作公共端,这样可以构成输入和输出两
E
Wb
C
基 区
C结
Wb
2. 饱和区
条件: e结正偏,c结正偏(uCE<uBE即临界饱和线的左侧)。 特点: iC不受iB控制,表现为不同iB 的曲线在饱和区汇集。 由于c结正偏,不利于集电 区收集电子,同时造成基区复合 电流增大。因此:
4 3 2 1 0
iC/ m A u CE=u BE
临界饱和线
U BB
e
IE
由于 和 都是反映晶体管基区扩散与复合的比 例关系,只是选取的参考量不同,所以两者之间必有 内在联系。由 、 的定义可得
ICN ICN I EN I BN I EN ICN I EN I EN 1
ICN ICN I BN I EN I BN I CN I BN I BN 1
UCE ≥1
90
60 30 0 0.5 0.7 0.9 UCE > 0
止,iB为反向电流。若反向电 压超过某一值时,e结也会发 生反向击穿。
u BE/V
综上所述,晶体管是一种非线性导电器件,有三个工 作区,对应三种不同的工作状态:
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定义
E、B和C区中的掺杂浓度 (下标代表区域) 电中性E、B和C区的宽度 E、B和C区中的少子扩散系数 E、B和C区中的少子扩散长度 E、B和C区中的少子寿命
E、B和C区中的热平衡少子浓度 E、B和C区中总的少子浓度 E、B和C区中的过剩少子浓度
第十章 双极晶体管 双极晶体管的工作原理
基本工作原理 工作模式
少子分布 电流增益 非理想效应 频率特性 开关特性
双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT),简称为双极型晶体管或双极晶体管。
晶体管可以用来放大电流、电压、或功率,是一种有 源器件。
三端器件,通过控制两端之间的电压来控制另外一端 的电流。(电压控制电流源)
部分则是基区中的多子空穴与电子的复合电流iBb, 它与电子浓度相关,因而这二者都与exp(vBE/Vt)成 正比从而集电极电流和基极电流之比为一个定值:
iC iB
共射极电流增益
1
iEiBiC iiC EiiC B1 111
工作模式
截止模式 正向有源模式 饱和模式 反向有源模式
不同的工作模式下, EB结和BC结处于不 同的偏置状态,其电
的正偏电流 三个区掺杂不同,E重掺,B较高掺,C轻掺 短基区、大集电区
在后边的分析中我们还会逐渐了解到,BJT的 这种结构特点是因为只有这样才能获得较大的
电流增益,具有良好的放大作用。
晶体管电流的简化表达形式
•有用电流和 无用电流
•电子电流和 空穴电流
•扩散电流、 漂移电流、复 合电流、产生 电流
集电极电流
线性假设
ic en A D Bd E d (x ) n x en A D B n E B 0 0 x B 0 ex n B A D Bn E B 0 e x v V B t p E
BE结面积
基区宽度:注 意实际为基区
中性区宽度
ic
Is
exp
vBE Vt
iC由BE结电压所控制
典型杂质浓度:E:1e19;B:1e17~1e18;C:1e15
B
n++ P+ E
n C
(Nd-Na)
E BC
定性分析 热平衡和偏置状态
注意这里没有反映出各 个区杂质浓度的区别
正向有源区,电子的输 运过程
B-E结正偏;B-C 结反偏;正向有 源模式
注意基区宽度 回忆:短二极管
发射结正偏,电子扩散注入基区
实际器件结构图
先进的双层多晶硅BJT结构 埋层:减小串联电阻;隔离:采用绝缘介质;
注意:npn和pnp的双极晶体管不是对称结构, 从实际器件结构图和各区的掺杂浓度的不同都 可以反映出这一点。
E n++ P+
C n
B
基本工作原理
npn型BJT与pnp型BJT是完全互补的两种双极型晶 体管,以npn型器件为例来进行讨论分析,其 结论对pnp型器件也完全适用。
双极晶体管放大电路
EB结上附加的正弦 信号电压;
相应的基极电流和 集电极电流
负载RC上输出的放 大后的信号电压
§10.2 少子的分布
晶体管为少数载流子工作器件,少数载流子的分布决 定着器件内部各处的电流成分
在各种工作模式下对晶体管各区的少子分布进行计算 ,在此基础上分析电流增益和器件结构之间的关系
双极的意义在于:在这种器件中存在着两种极性相反 的载流子和电流
两个耦合的PN结有多种偏置状态组合,即不同的工作 模式
§10.1双极晶体管的工作原理
基本结构 三个掺杂区,两个PN结
++代表重掺杂,+代 表较重的掺杂
E n++ P+
CE
n
p++ n+
C p
B C
B E
B C
B E
实际器件结构图
传统双极型集成电路中的BJT结构 埋层:减小串联电阻;隔离:采用PN结;
负载线
VCEVCCICRC
1/R
饱和模式
BE结正偏、BC结正偏,集电极电流反向(相对于 放大模式)并不受BE结电压控制
反向有源模式
和正向有源模式相对的一种模式状态,但是由于晶 体管本身结构的非对称性,因而其特性和正向有源 模式有着很大的不同,在应用中一般会避免出现这 种状态
四种不同的工作模式及其对应的PN结偏置条 件示意图
流入到收集区中的电子数量(构成收集极电流)取决 于发射结上的偏置电压,此即双极型晶体管的放大作 用,即:BJT中流过一个端点的电流取决于另外两个端 点上的外加电压。
其他因素:发射 极空穴电流,基 区复合电流,集 电极反向漏电流
通过前边的分析,简单结论:
BJT中两个PN结不是独立无关的PN结 正向有源状态下,反偏BC结的电流大部分来源于EB结
路功能也不同
V C C IC R C V C B V B E V R V CE
截止模式 两个结均反偏,发射极、集电极电流均为零
正向有源模式 EB结正偏,BC结反偏; 集电极电流受BE结电压控制; 电流放大作用
VCEVCCICRC
共发射极应用时,C-E电压和集电极电流IC之间存在 着线性关系,这种线性关系称为负载线
发射极电流
iE2
Is2
exp
vBE Vt
IS2是饱和空穴电流,为少数载流子空穴的参数
iEiE1iE2iCiciE2IsE exvV p Bt E
iE
共基极电流增益
1
共基极电流增益
集电极电流与集电极电压无关, 双极晶体管如同一个恒流源
基极电流
发射极电流成分iE2(空穴扩散电流)实际上也是 基极电流的一个组成部分;基极电流的另一个组成
B-C结反偏,基区中靠近B-C结边界处电子浓度为零。
基区中电子存在着较大的浓度梯度,因此电子可以通 过扩散流过基区,和正偏的PN结二极管类似,少子电 子在通过中性基区的过程中也Leabharlann 与其中的多子空穴发 生一定的复合。
电子扩散通过基区后,进入反偏的B-C结空间电荷区, 被B-C结电场抽取进入搜集区,能够被拉向收集区的电 子数目取决于由发射区注入到基区中的电子数目(复 合掉的电子数目)。
符号
npn和pnp晶体管 NE,NB,NC xE,xB,xC DE,DB,DC LE,LB,LC τE,τ B,τC npn晶体管 pE0,nB0,pC0
pE(x’),nB(x),pC(x’’) δpE(x’), δ nB(x), δ pC(x’’)
pnp晶体管
nE0,pB0,nC0 nE(x’),pB(x),nC(x’’) δnE(x’), δ pB(x), δ nC(x’’)
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