第三章双极晶体管96056130页PPT

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故无漂移电流 e,c区长度>>少子L,少子浓度为指数分
布(随 x) Xm<<少子L,忽略势垒复合及产生 满足小注入条件 不考虑基区表面复合
3.2 少子分布
3.2 少子分布
1. 基区电子(少子)浓度分布

D Bd2(nbd x x2 nb0)nbx B0 nb00
晶体管电流>少子扩散电流>少子分布?
本书重要符号:
NE,NB,NC 发射区、基区、集电区的掺杂浓度
xE,XB,xC 电中性发射区、基区、集电区的宽度
DE,DB,DC 发射区、基区、集电区的少子扩散系数
LE,LB,LC 发射区、基区、集电区的少子扩散长度
Pe0
发射区热平衡少子空穴浓度
Nb0
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.3 工作模式
pn结电压大于0,正偏; 反之反偏
四种工作模式(npn): 正向有源:Vbe>0,Vbc<0 饱和:Vbe>0,Vbc>0 反向有源:Vbe<0,Vbc>0 截止:Vbe<0,Vbc<0
3.1 双极型晶体管的工作原理
VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1 双极型晶体管的工作原理
均匀基区:少子扩散—扩散晶体管 缓变基区:扩散+漂移—漂移晶体管 合金晶体管:
铟球+N型鍺+铟球,熔化-冷却-析出形成 再结晶层,PNP,分布均匀 平面扩散晶体管
3.1 双极型晶体管的工作原理
• 发射区,基区杂质分布非均匀 • 发射结近似为突变结 • 集电结为缓变结
1948年,肖克莱发明了“结型晶体管 ”。1948年7月1日,美国《纽约 时报》只用了8个句子的篇幅,简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消 息。“一石激起千层浪”,它就像颗重磅炸弹,在全世界电子行业“引 爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛!
1954年,贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶 体管计算机 TRADIC
基区热平衡少子电子浓度
Pc0
集电区热平衡少子空穴浓度
3.2 少子分布
3.2.1 正向有源模式
3.2 少子分布
一 均匀基区晶体管(以npn为例)
假设: (采用一维理想模型) e,b,c三个区均匀掺杂,e,c结突变 e,c结为平行平面结,其面积相同,电流垂
直结平面 外电压全降在空电区,势垒区外无电场,
当VCC足够大,VR较小时,VCB>0 此时正向有源。 IC增大, VR增大,VCB减小,C结零偏 准饱和,C结反偏饱和 饱和时集电极电流不受控于VBE!
Leabharlann Baidu
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.3 双极晶体管放大电路
双极晶体管和其他元件相连, 可以实现电压放大和电流放大
3.2 少子分布
对于正向有源工作npn器件,如何计算电 流?
和布拉顿和巴丁在著名的
贝尔实验室向人们展示了第 一个半导体电子增幅器,即 最初的晶体管。
获得了1956年若贝尔物理学 奖金
第一支晶体管表面积2cm2, 相当于现在十亿个晶体管
晶体管的诞生
1947年的圣诞前某一天,贝尔实验室中,布拉顿平稳地用刀片在三角形 金箔上划了一道细痕,恰到好处地将顶角一分为二,分别接上导线,随 即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出,他 们得到了一个有放大作用的新电子器件!布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫 起来。布拉顿在笔记本上这样写道:“电压增益100,功率增益40…… 实 验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者,肖克莱在这本笔记上 郑重地签了名。
一是由从发射区注入到基区的电子电流形成的(iE1);二是由基区的多子空穴越 过B-E结注入到发射区(iE2),它也是正偏电流,表达形式同iE1
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.2 晶体管电流的简化表达式
基极电流:
一是iE2, 该电流正比于exp(VBE/Vt) ,记为iBa;另一是基区多子空穴 的复合流iBb,依赖于少子电子的数量,也正比于exp(VBE/Vt) 。故基极电 流正比于exp(VBE/Vt) 。
集成电路中的常规npn管
3.1 双极型晶体管的工作原理
氧化物隔离的npn管横截面图
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.1 基本工作原理
发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度为1019,1017,1015 cm-3 BJT是非对称器件
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.1 基本工作原理
希望尽可能多的电子能到达集电区而不和基区中的多子空穴复合
第三章 双极晶体管
3.1 双极晶体管的工作原理 3.2 少子的分布与直流特性 3.3 低频共基极电流增益 3.4 非理想效应 3.5 等效电路模型 3.6 频率特性 3.7 大信号开关特性 3.8 其他的双极晶体管结构
无源器件(passive device) :工作时不
需要外部能量源(Source Energy)的器件。电阻、电 容、电感、二极管。
有源器件(Active Device) :
工作时需要外部能量源的器件,该器件至少有一个输出 ,并且是输入信号的一个函数。
如:双极晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管 、结型场效应晶体管…
原理:在器件的两个端点施加电压,控制第三端的电流
晶体管的诞生
1947年12月23日,美国物理 学家肖克莱(W·Shockley)
3.1.1 基本工作原理
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.2 晶体管电流的简化表达式
偏置在正向有源模式下的npn的少子分布图
理想情况,由于没有 复合,少子浓度线性。
3.1 双极型晶体管的工作原理
3.1.2 晶体管电流的简化表达式
集电极电流: 假定:基区电子线性分布 集电极电流为扩散电流
结论:集电极电流由基极和发射极之间的电压控制,这就是晶体管的工作原理 发射极电流:
N=ND-NA 硼B、磷P分别采用预淀积、再分布两步扩散形 成高斯分布。
N=NSeexp(-x2/Le2)-Nsbexp(-x2/Lb2)+NC Le2=4Dete,De 磷扩散系数,te扩散时间 Lb2=4Dbtb,Db 硼扩散系数,tb扩散时间 NSe磷表面浓度,NSb硼表面浓度
3.1 双极型晶体管的工作原理
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