硅PNP双极型晶体管(器件工艺技术)
npn双极型晶体管的结构 -回复
npn双极型晶体管的结构-回复[PNP双极型晶体管的结构]晶体管是一种主要用于放大、开关和调节电流的半导体器件。
其中，双极型晶体管是最常用的一种类型。
双极型晶体管分为NPN型和PNP型两种，本文将以PNP型双极型晶体管为例，详细介绍其结构和工作原理。
第一部分：晶体管的构造PNP型双极型晶体管由三个不同掺杂的半导体材料组成：N型半导体（N 区）、P型半导体（P区）和再次掺杂的N型半导体（N区）。
下面将详细介绍每个区域及其构造。
1. P区：P区是PNP晶体管的基区，也称为P型基底区。
它是P型半导体材料，通过硼或镓的掺杂来实现。
基区通常具有较高的电阻，确保电流在其内部流过时发生变化。
2. N区：N区是PNP晶体管的发射极和集电极，也称为N型射极和N型集电区。
它是由砷或磷等杂质掺杂的N型半导体材料构成。
在N区的两侧有两个N型电极，分别称为射极和集电极。
3. N区：PNP晶体管的基区和发射极之间还有一块N型区域，称为N型基区（小基区）。
它的作用是形成一个PN结，控制电流的流动。
第二部分：晶体管的工作原理PNP双极型晶体管主要通过控制基区中P-N结的极化状态来控制电流的流动。
下面将详细介绍三种工作状态：截止状态、饱和状态和放大状态。
1. 截止状态：当没有输入信号时，基区的P-N结处于正向偏置状态，射极和基区之间没有电流流动。
此时，晶体管处于截止状态，无法传导电流。
2. 饱和状态：当有足够的输入信号通过基极与射极之间的电阻分配器流过时，基区的P-N结会逆向偏置，此时电流可流经射极。
这使得整个晶体管处于饱和状态，并使得电流流过集电极。
3. 放大状态：当输入信号较小时，基极电流较小，无法逆向偏置基区的P-N结。
在这种情况下，晶体管处于放大状态。
基区中的小电流通过P-N 结并通过整个晶体管流过，放大为集电极电流。
第三部分：晶体管的应用PNP型双极型晶体管由于其结构特性和功能，广泛应用于各种电子设备中。
其主要应用包括放大电路、开关电路和稳压电路等。
半导体器件技术在集成电路设计中的应用
半导体器件技术在集成电路设计中的应用随着科技的迅速发展，集成电路技术成为现代电子设备的核心。
而在集成电路设计中，半导体器件技术起着至关重要的作用。
本文将探讨半导体器件技术在集成电路设计中的应用，并重点介绍几种常见的半导体器件。
半导体器件是一种能够在特定条件下调控电流的器件，其特性在集成电路设计中起着重要的作用。
通过不同类型的半导体器件，可以实现不同的电子功能，如放大、开关、调节等。
以下是几种常用的半导体器件及其在集成电路设计中的应用：1. 双极型晶体管（BJT）：双极型晶体管是一种三层（NPN或PNP）结构器件，常用于集成电路中的放大和开关电路。
通过控制基极电流，可以有效地调节集电极电流，实现信号放大的功能。
BJT还可以用作开关，通过控制基极电流的开关状态，可以控制电路的导通和断开。
2. 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）：MOSFET是一种基于N型或P型半导体材料制造的晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和较低的电流漏泄等优点，广泛应用于集成电路中。
在集成电路设计中，MOSFET常用于数字电路，例如逻辑门、存储器和微处理器等。
它还可以用于模拟电路设计，如运算放大器和滤波器。
3. 整流器：整流器是一种将交流电信号转换为直流电信号的半导体器件。
在集成电路设计中，整流器常用于电源管理电路。
它能够将输入的交流电信号转换为稳定的直流电信号，为其他电路提供可靠的电源。
整流器可分为半波整流器和全波整流器两种类型，在不同应用场景下选择合适的整流器类型。
4. 可调电阻：可调电阻是一种能够调节电阻值的半导体器件。
在集成电路设计中，可调电阻常用于模拟电路的设计，如音频放大器和滤波器。
通过调节电阻值，可以实现信号的增益和频率的调节，满足不同的应用需求。
5. 可控硅（SCR）：可控硅是一种用于高电流和高电压应用的半导体器件。
它可以用作开关或晶闸管，在集成电路设计中被广泛用于电源控制和电机控制等领域。
可控硅能够经受高压和高电流的冲击，并有较低的漏电流。
pnp晶体管工作原理
pnp晶体管工作原理PNP晶体管工作原理。
PNP晶体管是一种常用的半导体器件，它在电子设备中起着重要的作用。
了解PNP晶体管的工作原理对于理解电子设备的工作原理至关重要。
本文将介绍PNP晶体管的工作原理，帮助读者更好地理解这一器件的工作原理。
PNP晶体管是一种双极型晶体管，由三个掺杂不同材料的半导体层构成。
它由一层N型半导体夹在两层P型半导体之间组成。
PNP 晶体管的工作原理主要涉及电流的控制和放大。
当在基极端施加正电压时，会导致P型半导体中的空穴向基极流动。
这样就形成了一个电流，称为基极电流。
基极电流的大小取决于基极端的电压，当电压增大时，基极电流也会增大。
当基极电流流入基极时，会引起发射极和集电极之间的电流。
这是因为发射极和集电极之间的结是反向偏置的，当基极电流流入基极时，会减小这个反向偏置，从而使发射极和集电极之间的电流增大。
这样就实现了对发射极和集电极之间电流的控制。
这种控制电流的作用使得PNP晶体管可以被用来放大电流信号。
在PNP晶体管中，发射极和集电极之间的电流是由基极电流控制的。
当基极电流增大时，发射极和集电极之间的电流也会增大。
这种现象被称为电流放大。
PNP晶体管的电流放大作用使得它可以被用来放大弱信号，从而实现对信号的放大和控制。
除了电流放大作用，PNP晶体管还可以被用来实现电流的开关控制。
当在基极端施加足够大的正电压时，会使得基极电流增大，从而导致发射极和集电极之间的电流急剧增大。
这时，PNP晶体管就处于导通状态，可以用来控制电路中的开关。
当去除基极端的正电压时，基极电流减小，发射极和集电极之间的电流也减小，PNP晶体管就处于截止状态，电路中的开关也就关闭了。
综上所述，PNP晶体管的工作原理主要涉及电流的控制和放大。
通过对基极端的电压控制，可以实现对发射极和集电极之间电流的控制，从而实现对信号的放大和控制，同时也可以实现对电路的开关控制。
PNP晶体管在电子设备中有着广泛的应用，了解其工作原理对于理解电子设备的工作原理具有重要的意义。
双极型三极管
mA
RC
* uCE ≥ 1 V，特性
曲线重合。
iB/A uCE 0
b
c e
V
V UCE
UCC
uCE 2V
O
UBE
19 uBE / V uCE ≥ 1 时的输入特性具有实用意义。
2、输出特性
iC f (uCE ) iB 常数
划分三个区：截止区、 放大区和饱和区。
(1)截止区 域。 iB ≤ 0 的区
UCC
(a)共发射极接法
1、直流参数
是表征管子在直流电压作用下的参数。 有以下几个： (1)共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流 ICBO 时，
IC IE
(2)共射直流电流放大系数
忽略穿透电流 ICEO 时，
IC IB
24
(3) 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO 小功率锗管 ICBO 约为几微 安；硅管的 ICBO 小，有的为纳 安数量级。
将 iC 与 uCE 乘积等于规 定的 PCM 值各点连接起来， 可得一条双曲线。
iCuCE < PCM 为安全工作区 iCuCE > PCM 为过损耗区
iC
PCM = iCuCE
过
安 损 全 耗 工作 区
O
区
27 u CE
(3)极间反向击穿电压 外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。 U(BR)CEO ：基极开路 时，集电极和发射极之间 的反向击穿电压。
17
1、输入特性
RB IB b UBB
+ UBE _
iB f ( uBE ) u
曲线
CE 常数
c e
第4章 双极型晶体管工作原理
b I
BN
IB+
15V
RB IE I e
IE
U CC
UBB
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, 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, 输出端 , 第三个作公共端 , 这样可以构成输入和输出两 个回路.实际中有共发射极 共集电极和共基极三种基 共发射极, 个回路 . 实际中有 共发射极 , 共集电极和共基极 三种基 本接法,如图所示. 本接法,如图所示.
一定而u 增大时,曲线仅略有上翘( 略有增大). 一定而 CE增大时,曲线仅略有上翘(iC略有增大). 原因: 原因: 基区宽度调制效应(Early效应) 基区宽度调制效应(Early效应) 效应 或简称基调效应
UCE
由于基调效应很微弱,uCE 由于基调效应很微弱, 在很大范围内变化时I 在很大范围内变化时 C基本不 一定时, 变.因此,当IB一定时, 因此, 集电极电流具有恒流特性. 集电极电流具有恒流特性.
4.4 双极性晶体管
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件.它有 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件. 三个电极,所以又称为半导体三极管,晶体三极管等,以 三个电极,所以又称为半导体三极管,晶体三极管等, 后我们统称为晶体管.常见的晶体管其外形如图示. 后我们统称为晶体管.常见的晶体管其外形如图示. 晶体管其外形如图示
共发射极 共基极 共集电极 其中, 共发射极接法更具代表性, 其中 , 共发射极接法更具代表性 , 所以我们主要讨 论共发射极伏安特性曲线. 论共发射极伏安特性曲线.
晶体管共发射极特性曲线
晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线. 晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线 . 这 两组曲线可以在晶体管特性图示仪的屏幕上直接显示出 也可以用图示电路逐点测出. 来,也可以用图示电路逐点测出. 一,共发射极输出特性曲线 共发射极输出特性曲线 共射输出特性曲线是以 iB为参变量时,iC与uCE间的 为参变量时, 关系曲线,即 关系曲线,
双极型集成电路制造工艺
双极型集成电路（Bipolar）制造工艺双极集成电路基础有源器件：双极晶体管无源器件：电阻、电容、电感等双极IC：数字集成电路、模拟和微波集成电路特点：速度快、稳定性好、负载能力强新型双极晶体管：异质结双极晶体管多晶硅发射极双极晶体管B E C•埋层•外延层•隔离区•基区•发射区和集电区•金属化PN结隔离的NPN晶体管•钝化层•几个概念–有源区:硅片上用于制造元器件的区域–场区:没有制作元器件的区域•埋层•外延层•隔离区•基区•发射区和集电区•金属化•钝化层介质(厚氧化层)隔离的NPN晶体管如何制造双极晶体管？双极晶体管是基于平面工艺，在硅表面加工制造出来的元器件隔离方法：PN结隔离、PN结对通隔离、介质—PN结混合隔离、全介质沟槽隔离PN结隔离PN结对通隔离轻掺杂的外晶体管延层PNP晶体管(横向PNP和衬底PNP)C EN C EB B P PP P横向PNP晶体管B EP CN+N+ N-epiP-subs衬底PNP晶体管pn结隔离SBC结构工艺流程pn结隔离SBC结构工艺流程n+埋层的设计n+埋层的两个作用①减小晶体管收集区串联电阻②减弱寄生PNP管效应考虑二个要点①选固溶度大的杂质以减小埋层的电阻率②选扩散系数小的杂质以减小后续高温工艺中n+埋层向外延层的扩散外延生长的设计外延层电阻率隔离区的设计z确保p+隔离扩散穿透整个n型外延层,和p型衬底相通z隔离扩散过程中外延层的下推距离集电极深接触的设计①进一步降低集电极串联电阻②集电极欧姆接触穿透外延层和埋层相连③使用“磷穿透”工艺两个不利因素：①增加工艺的复杂性n+②加大集电极和基区之间的距离基区形成的设计考虑z为提高电流放大倍数β值和减小基区渡越时间，要求基区宽度W小，基区的掺杂浓度N低b b太低时，在较高工作电压下，集电结和发射结z Nb空间电荷区容易相连会造成穿通现象，而且低Nb 也会加大基区电阻.小到一定限度，也要求提高基区的浓度防止基z Wb区穿通依据实际情况折衷考虑。
双极型晶体管
晶体管的特性 一、晶体管结构简介 1.晶体管的两种结构
双极型晶体管(BJT)
一、晶体管结构简介 1.晶体管一般由NPN和 PNP两种结构组成 2.晶体管有三个区:
以NPN型晶体 管为例。
பைடு நூலகம்
基区(P):很薄,空穴浓度较 小——引出基极b. 发射区(N):与基区的接触 面较小——引出发射极e. 集电区(N):与基区的接触 面较大——引出集电极c.
发射极 发射结 N P IEP IEN IBN 集电结 N ICN 集电极
e IE
－
IC c +
ICBO
VEE
空穴
电子
－ + I B b
VCC
顾名思义：发射区的作 二、晶体管的电流分 用是发射电 子,集电区的作 配和放大作用 用是收集电子,下面以NPN 为例分析 载流子 1.型三极管 晶体管正常工作时 (即电子和空穴)在晶体管内 各极电压的连接及作 部的传输情况。 用
IC
IB +
b +
c
VCE
VBB
－
VBE
－ e
IE
三、晶体管的特性曲 线 V CC 1. 共射极电路的特性 曲线
共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线
双极型晶体管(BJT)
输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) IV =常数
CE
三、晶体管的特性曲线 1.共射电路的特性曲线 (1)输入特性
输入特性曲线就 是研究三极管be 之间输入电流 I B 随输入电压 V B E 的变化规律。
电流方向 基极
连接BJT各极间电压的一般特性 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用
双极型晶体管(BJT)
二、晶体管的电流分 发射结必须处于正向 配与放大作用 偏置——目的削弱发射结 1.晶体管各PN结电压连 集电结必须处于反向偏 接的一般特性 分析集射结电 发射结变薄有 置——目的增强集电结
双极工艺
V型槽介质隔离互补双极工艺
• 优点是在体硅上制造晶体管的传输特性比 在外延硅层上制造的晶体管要好得多，寄生 电容也大大降低，
• 最大的缺点是集成度低，单晶材料的磨抛 处理也很困难，限制了该技术的发展
36
互补双极工艺技术的重大突破
• 目前美国国家半导体公司（NS）实现了互 补双极工艺技术的一项重大破——VIP10。 互补双极晶体管无论采用 NPN 还是 PNP 设计，均较其他晶体管更能为新一代的高性 能、高速度放大器提供所需的功能
• BCD是一种单片集成工艺技术。1986年由 意法半导体（ST）公司率先研制成功，这 种技术能够在同一芯片上制作双极管 Bipolar-CMOS-DMOS 器件，称为BCD 工艺
28
BCD工艺
• BCD工艺把双极器件和CMOS器件同时制 作在同一芯片上。它综合了双极器件高跨导、 强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗 的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优 点。
集电区 (N型外延层)
C
S
P+
n+
p
n+
P+
n-epi
n+-BL
P-Si
四层三结结构的双极晶体管
衬底(P型)
双极集成电路元件断12 面图
EB
C
S
P+
n+
p
n+
P+
n-epi
n+-BL
P-Si
等效电路
B(p) pnp
E(n+)
npn C(n)
S(p)
双极集成电路等效13电路
采用双极工艺制造集成电路
9
双极集成电路中元件的隔离
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集成10 半导体制造工艺
3
二、器件的结构图
集成10 半导体制造工艺
4
平衡条件下的PNP三极管的示意图
集成10 半导体制造工艺
5
CB
E
三极管剖面图
C
B
E
三极管俯视图
C：collector 集电区
B：base 基区
E：emitter 发射区
集成10 半导体制造工艺
• 1956年中国制造出第一只锗结型晶体管-（吉林大学高鼎三）
• 1970年硅平面工艺成熟，双极结型晶体管大批量生产
集成10 半导体制造工艺
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五.双极型器件的扩展——异质结双极性晶体 管
在图中的异质结双极性晶体管中， 基极区域的能隙分布不均匀有利于 少数载流子（电子）通过基极区域 。图中浅蓝色表示耗尽层。
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集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
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四.双极结型晶体管的发展历史
• 1947.12.23日第一只点接触晶体管诞生-Bell Lab.(Bardeen、 Shockley、Brattain)
集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
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硅PNP双极型晶体管
PNP Bipolar Junction Transistors
小组成员 李 钊
集成10 半导体制造工艺
1
目录 （1）器件的应用 （2）器件的结构及名称 （3）器件的制作工艺 （4）器件的发展历程 （5）双极型器件的扩展
集成10 半导体制造工艺
2
一、器件的应用
双极性晶体管能够放大信号,提供较高的跨导和输 出电阻，并且具有较好的功率控制、高速工作以及耐 久能力，所以它常被用来构成放大器电路，或驱动扬 声器、电动机等设备，并被广泛地应用于航空航天工 程、医疗器械和机器人等应用产品中。
集成10 半导体制造工艺
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• 异质结双极性晶体管（heterojunction bipolar transistor）是一种改良的双极性晶 体管，它具有高速工作的能力。研究发现，这种晶体管可以处理频率高达几百 GHz的超高频信号，因此它适用于射频功率放大、激光驱动等对工作速度要求苛 刻的应用。
• 异质结是PN结的一种，这种结的两端由不同的半导体材料制成。在这种双极性 晶体管中，发射结通常采用异质结结构，即发射极区域采用宽禁带材料，基极区 域采用窄禁带材料。常见的异质结用砷化镓（GaAs）制造基极区域，用铝-镓-砷 固溶体（AlxGa1-xAs）制造发射极区域。[1]:101采用这样的异质结，双极性晶 体管的注入效率可以得到提升，电流增益也可以提高几个数量级。
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三、器件的制作工艺
集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺8集成10 半导体制造工艺
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集成10 半导体制造工艺
• 1949年提出PN结和双极结型晶体管理论-Bell Lab.(Shockley) • 1951年制造出第一只锗结型晶体管-Bell Lab.(Shockley) • 1956年制造出第一只硅结型晶体管-美德州仪器公司（TI）
• 1956年Bardeen、Shockley、Brattain获诺贝尔奖