1半导体器件基础-BJT
bjt基本原理
bjt基本原理BJT（双极型晶体管）是一种常用的半导体器件，具有广泛的应用领域。
它是由三个掺杂不同的半导体层构成的，包括两个P型半导体层和一个N型半导体层。
BJT的基本原理是通过控制电流的流向和放大作用来实现信号的放大和开关控制。
BJT具有三个电极，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
其中，发射极和集电极是掺杂P型半导体，基极是掺杂N型半导体。
发射极和集电极之间的区域被称为基区（Base Region），基区中间的N型半导体是一种非导电层，称为耗尽层（Depletion Region）。
在正常工作状态下，发射极与基极之间的结为PN结，而基极与集电极之间的结为PN结。
当在PN结上施加适当的电压时，可以改变PN 结的导电特性。
当发射极与基极之间施加正向电压时，使得PN结变薄，造成电流的注入。
这种注入的电流被称为发射极电流（IE）。
同时，当集电极与基极之间施加反向电压时，使得PN结变厚，形成耗尽层，阻止电流的流动。
这种阻止电流的作用被称为集电极结电压（VCEO）。
因此，BJT具有放大作用，可以将较小的输入信号放大为较大的输出信号。
BJT的工作原理可以分为三种模式：放大模式、截止模式和饱和模式。
在放大模式下，发射极与基极之间施加适当的正向电压，使得耗尽层变薄，允许电流的注入。
此时，集电极与基极之间施加正向电压，使得PN结变薄，允许电流的流动。
因此，BJT可以将输入信号的变化放大，并输出到集电极。
在截止模式下，发射极与基极之间施加反向电压，使得PN结变厚，阻止电流的注入。
此时，集电极与基极之间施加反向电压，使得PN结变厚，阻止电流的流动。
因此，BJT不会放大输入信号，并且输出为零。
在饱和模式下，发射极与基极之间施加正向电压，使得PN结变薄，允许电流的注入。
此时，集电极与基极之间施加正向电压，使得PN结变薄，允许电流的流动。
因此，BJT可以将输入信号的变化放大，并输出到集电极。
半导体BJT
发射区：其中一个N 型区所掺杂的浓度 高，发射极e;
集电区：另一个N型 区所掺杂的浓度较 低，集电极c； 基区: 夹在发射区 与集电区 中间的P 型 区基区很薄，掺杂 浓度低，基极b 。
iE AV iB 1 vO vI ( 1 ) i B 1mA iC R L vI 0 . 98 mA 1 k 20 mV 49
iC = (IC + ic) c iB = (IB + ib ) T + vi V BB + iE = (IE + ie) b e + V CC RL vo +
iC = iE = I C + iC c T RL + vO V CC
0 . 98 mA 1 k 20 mV
49
说明AV为什么正？
3.1.2 BJT电流分配与放大作用
4. 共射电路的放大作用
• 静态情况：放射结正偏， 集电结反偏； • 先讲各量的关系，再讲 放大作用（iB对iC的控 制作用）； • 用简单数学分析进一步 说明（见教材P73） 。
e T
c
b
c b b T e
e
T c
3.放大作用（2）
（2）共基放大电路的放大作用
• 静态情况：放射结正 偏，集电结反偏； • 先讲各量的关系，再 讲放大作用（iE对iC的 控制作用）； • 用简单数学分析进一 步说明（见教材P72）。
AV vO vI iC R L vI
iE = I E + iE e + vI V EE iB = ( 1 - ) iE = I B + iB b
第01章 半导体器件基础
7
c
(b)合金型(PNP) )合金型( )
1.3.1 三极管的结构及符号
三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管 硅三极管； 三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可 以由锗材料制成，称为锗三极管。 以由锗材料制成，称为锗三极管。 锗三极管 三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高 三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高 频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管 大功率管、 频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率 小功率管。 管和小功率管。 一般高频管功率就比较小 ， 因为频率高就要结电容小 ， 一般 高频管功率就比较小， 因为频率高就要结电容小， 高频管功率就比较小 PN结面积就要小，面积小电流就不能太大，功率也就低。 结面积就要小， 结面积就要小 面积小电流就不能太大，功率也就低。 大功率管的工作频率也不高，因为大功率就要大电流， 大功率管的工作频率也不高，因为大功率就要大电流，大 电流就要PN结面积够大 结面积够大， 结电容也大 工作频率自然低。 结电容也大， 电流就要 结面积够大，PN结电容也大，工作频率自然低。
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2. 晶体管的电流放大原理
（2）交流电流放大系数 ）
在共射极放大电路中，当有输入电压 作用时， 在共射极放大电路中，当有输入电压∆ui作用时，则晶体 管的基极电流将在I 的基础上叠加动态电流∆i 管的基极电流将在 B的基础上叠加动态电流 B，集电极电 流也将在I 的基础上叠加动态电流∆i 通常将集电极电流 流也将在 C的基础上叠加动态电流 C。通常将集电极电流 变化量∆i 与基电极电流变化量∆i 之比定义为“ 变化量 C与基电极电流变化量 B之比定义为“共射极交流 电流放大系数” 表示。 电流放大系数”，用β 表示。即：
1半导体器件基础-BJT(FET)开关设计案例
设计光控报警器
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光控继电器
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如何实现电子开关的延时？
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University of Electronic Science and Technology of China
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如何选择晶体管（技术手册获取信息）
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*注：VCEO、VCBO、VEBO中的“O”代表参数是在未提到的另一极开路(open)的情况下获得的
模拟电路基础课程组Leabharlann 67模拟电路基础课程组
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讨论 如何用BJT(FET)实现电子开关？
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【例】三极管开关的设计之一：请使用 NPN型三极管为发光二极管设计一个三 极管开关电路，已知发光二极管的正向 电压VF=1V、工作电流IV=10mA，三极管 开关电路的VCC=5V。控制三极管开关闭 合的电压VIN=5V。
常用半导体器件
何 松 柏
电子工程学院
University of Electronic Science and Technology of China
第一章 常用半导体器件
1.半导体二极管
2.双极型晶体管（BJT） 3.场效应晶体管（FET）
bjt基础知识
bjt基础知识摘要：1.BJT 的基本概念2.BJT 的工作原理3.BJT 的分类与结构4.BJT 的特性与参数5.BJT 的应用领域正文：一、BJT 的基本概念BJT（Bipolar Junction Transistor，双极型晶体管）是一种常见的半导体器件，具有放大和开关等功能。
它主要由三个区域组成：n 型区（发射极）、p 型区（基极）和n 型区（集电极）。
其中，发射极和集电极由n 型半导体制成，而基极由p 型半导体制成。
二、BJT 的工作原理BJT 的工作原理主要基于电子和空穴的运动。
当发射极施加正向电压时，发射极的电子会进入基极，然后从基极进入集电极。
在这个过程中，由于电子和空穴的复合作用，会形成电流。
当基极施加负向电压时，发射极的电子受到抑制，电流减小。
因此，通过改变基极的电流，可以控制集电极的电流，实现信号放大和开关控制等功能。
三、BJT 的分类与结构根据结构不同，BJT 可分为NPN 型和PNP 型两种。
NPN 型BJT 的结构为：发射极-n 型半导体、基极-p 型半导体、集电极-n 型半导体。
PNP 型BJT 的结构为：发射极-n 型半导体、基极-p 型半导体、集电极-p 型半导体。
这两种类型的BJT 工作原理相同，但电流放大系数不同。
四、BJT 的特性与参数BJT 的特性主要包括电流放大系数（hfe）、截止电流（IB）、饱和电流（IC）等。
电流放大系数表示BJT 在放大状态时，集电极电流与基极电流之比。
截止电流是指当基极电流为零时，集电极电流也为零的电流值。
饱和电流是指当集电极电压足够大时，集电极电流不再增加的电流值。
五、BJT 的应用领域BJT 广泛应用于模拟电路、数字电路、功率放大器、振荡器等领域。
在模拟电路中，BJT 常用于信号放大、滤波等功能；在数字电路中，BJT 常用于逻辑门、触发器等功能；在功率放大器和振荡器中，BJT 可以实现高电压、大电流的信号处理。
总之，BJT 作为一种重要的半导体器件，具有广泛的应用前景。
芯片工艺bjt器件-概述说明以及解释
芯片工艺bjt器件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述BJT器件是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子电路中。
它是由三个掺杂不同类型的半导体材料组成的结构，包括发射极、基极和集电极。
BJT器件具有放大、开关和稳定电流的功能，是现代电子器件中不可或缺的一部分。
本文将重点介绍芯片工艺对BJT器件性能的影响。
芯片工艺是制造半导体器件的关键步骤，直接影响到器件的性能和稳定性。
了解芯片工艺对BJT器件的影响，有助于提高器件的工作效率和可靠性。
通过对BJT器件的基本原理、芯片工艺对性能的影响以及制造过程的详细介绍，本文旨在帮助读者更深入地了解BJT器件，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文分为三个部分来探讨芯片工艺对BJT器件的影响。
首先，我们将介绍BJT器件的基本原理，包括其结构和工作原理。
接着，我们将详细讨论芯片工艺对BJT器件性能的影响，分析不同工艺参数对器件性能的影响。
最后，我们将深入探讨BJT器件的制造过程，介绍制造过程中的关键步骤和技术。
通过本文的探讨，读者将了解到芯片工艺在BJT器件中的重要性，以及不同工艺对器件性能的影响，从而为相关领域的研究和应用提供参考依据。
1.3 目的：本文旨在探讨芯片工艺对BJT器件性能的影响，通过介绍BJT器件的基本原理和制造过程，分析芯片工艺在BJT器件中的应用及优化方向。
通过研究芯片工艺对BJT器件性能的影响，可以更好地了解器件的工作原理和性能特点，为进一步提升器件性能和研发更先进的电子器件提供参考。
同时，本文也将展望BJT器件在未来的发展趋势，为相关领域的研究和应用提供参考。
2.正文2.1 BJT器件的基本原理BJT（双极型晶体管）是一种三端元件，通常由P型半导体和N型半导体层叠而成。
它由两个PN结组成，分别称为发射结和集电结。
三个端子分别为发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
BJT工作的基本原理是基区的控制作用。
模拟电子半导体基础知识三极管
二． 晶体管的电流放大作用
三极管在工作时要加上适 ＋
当的直流偏置电压。
UCB
c
+
c区 N
若在放大工作状态：
－
发射结正偏：
由VBB保证 集电结反偏： 由VCC、 VBB保证
＋b
R b UBE V BB
－
b区 e区
e
RC
P UCE
VCC
N
－
UCB=UCE - UBE > 0
2019/5/19
共发射极接法
射极E为0.3V，集电极C为0.3V。发射结正偏，集电 结也正偏，故三极管T处在饱和状态。
（3） 2V 5V 1V 发射结若正偏BE间必然满足正偏条件，即
UBE=0.7V，而给定的3个数据中，不具备此条件， 因而发射结没有正偏。可认为基极B电位低于射极 E，又由于集电极C通常处于最高电位，故正确的 对应关系是：B极为1V，E极为2V，C极为5V。三 极管T处在截止状态。
I : 称为穿透电流, 其物理意义是当基极开路时, 在集电极 CEO 电源作用下的集电极与发射极之间形成的电流
I : 当发射极开路时, 集电极反向饱和电流 CBO
四. BJT的主要参数
2. 交流参数
i C (mA)
（1）共射交流电流放大系数：
＝ iC
iB
IC 2.3mA 38 IB 60A
1．BJT内部的载流子传输过程
（1）因为发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE
发射结正偏，有利于多子的扩散；发射区掺杂浓度高，大量自由电子扩 散到基区，形成电流IEN。同时，基区的空穴也扩散到发射区，形成电流IEP， 但由于发射区的杂质浓度比基区高得多（一般高几百倍），因此：
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。
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2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
练习：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中
画出管子，分别说明它们是Si管还是Ge管。
解题思路与分析： （1）BJT硅管和锗管主要区别 硅管发射结导通电压约为0.7V 锗管发射结导通电压约为0.2V （2）放大电路中的BJT，管脚电位居中的为基极 电位与之相差为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)的管脚为发射极 另一极可确定为集电极 （3）处于放大状态时，NPN与PNP管各极电压区别 NPN：UC > UB > UE （集电极电位最高） PNP：UE > UB > UC （集电极电位最低）
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2.5 BJT的主要参数
• 课堂练习
某晶体管的极限参数PCM = 200 mW，ICM = 100 mA，U(BR)CEO = 30 V， 若它的工作电压UCE为10 V，则工作电流不得超过 20 mA；若工作电 流IC = 1 mA，则工作电压不得超过 30 V。
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2.1 双极型晶体管简介
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
• BJT的结构与符号
在同一片半导体晶体基片上，按类似夹心饼干的样式做出P型半导体和N型半 导体，并且在结构和工艺上满足一定的要求，就可以制作出双极型晶体管。 BJT分为NPN型和PNP型。
BJT有三个极、三个区、两个PN结
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讨论
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练习：测得设所有的二极管和三极管均为硅管。
判断图示电路中T1、T2、T3的工作状态。（浙大2004）
截止
饱和
接反 截止
UB要等于大约1.8V 时发射结和二极管 才能导通。
E结正偏导通，UE=5.3V。 若UC>UB，T2处于放大状态： IC≈IE=5.3mA， UC=12-5.3×3=−3.9V，矛盾！
2.4 BJT的工作状态
• BJT的三个工作区
uBE 截止 放大 ＜Uon ≥ Uon
uCE VCC ≥ uBE
iC ICEO βiB
饱和
≥ Uon
≤ uBE
＜βiB
晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回 路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC。
BJT放大时的电流分配 iE=iB+iC
IC IB
iC iB
直流电流 放大系数 交流电流 放大系数
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2.1 双极型晶体管---三极管如何放大电流
放大状态时重要关系 三极管像一个水槽
IC I B
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2.1 双极型晶体管简介
补充知识
常用半导体器件
何 松 柏
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第一章 常用半导体器件
1.半导体二极管
2.场效应晶体管（FET） 3.双极型晶体管（BJT）
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放大器件
实例引入—肌电信号放大
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三极管像一个水槽
三极管B极上的微小电流可以控制C极的较大电流
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2.1 双极型晶体管---三极管如何放大电流
放大状态时重要关系
uC >uB>uE 三极管像一个水槽 uC<uB<uE
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2.1 双极型晶体管---三极管如何放大电流
放大状态时重要关系 三极管像一个水槽
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UC<UE，UB=2.1V， 集电结正偏，发射 结反偏，管子反着 工作。电流很小。
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2.5 BJT的主要参数
• 直流参数： 、 、ICBO、 ICEO
IC IE
iC iE 1
• 交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）
• 极限参数：ICM、PCM、U(BR)CEO
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2.4 BJT的工作状态
• BJT的三个工作区
仿真练习：利用EWB-Multisim分析图示电路在V2小于何值时晶体管截
止、大于何值时晶体管饱和。
约小于 0.5V时 截止 以V2作为输入、以BJT的c极 作为输出，采用直流扫描的方法 可得！
约大于 1V时 饱和
描述输出电压与输入电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。 模拟电路基础课程组
集电极 最大电流 c-e间击穿电压 最大集电极耗散功率 PCM＝iCuCE=Constant
安全工作区
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2.5 BJT的主要参数
• 讨论
PCM iCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
2.7
iC iB
U(BR)CEO
U CE
由图示特性求出PCM、ICM、U (BR)CEO 、β。
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2.1 双极型晶体管简介
• BJT的放大作用
BJT、FET，都可以用于放大器或作为电子开关。
BJT放大的外部条件： 发射结正偏，集电结反偏
uC>uB>uE
uC<uB<uE
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2.1 双极型晶体管简介 放大示意
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2.1 双极型晶体管---三极管如何放大电流
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放大器模型
BJT,FET,OA
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实用耳机放大器
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2. 双极型晶体管（BJT）
2.1 双极型晶体管简介
2.2 共射输入特性和输出特性（V-I）
2.3 温度对晶体管特ຫໍສະໝຸດ 的影响 2.4 BJT的工作状态与折线等效 2.5 主要参数
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2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
练习：测得Si-BJT各极对地电压值如下，试判别管子工作在什么区。
（1）UC=6V，UB=0.7V，UE=0V； （3）UC=6V，UB=6V，UE=5.4V； （4）UC=6V，UB=4V，UE=3.6V； UC>UB，UBE=0.7V，放大 UC=UB，UBE=0.7V，临界饱和 UC>UB，UBE=0.4V，截止 （2）UC=0V，UB=−5.3V，UE=−6V； UC>UB，UBE=0.7V，放大
饱和区
I B 常数
像PN结的伏安特性 UCE增大曲线右移 UCE增大到一定值 曲线右移就不明显了
iC
iB
放 大 区
iC iB
U CE 常量
截止区 对于小功率晶体管，UCE大于1V的 某条输入特性曲线，可以取代UCE大于 1V的所有输入特性曲线。 模拟电路基础课程组
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uCE小于uBE时，iC随uCE变化很大， 进入放大状态后，输出特性曲线几乎是 横轴的平行线。
输出特性
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2.2 共射输入特性与输出特性
输出特性
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2.2 共射输入特性与输出特性
【例】三极管的饱和状态：判断三极管是否达到饱和状态。
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2.2 共射输入特性与输出特性
【例】三极管的放大状态：假设三极管型号为2N3906（PNP），处于放大状态， 当C极电压VC=-3V时，计算IC、IB，并确定B极电阻RB的阻值。
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2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
工作状态分析
发射结导通？ No 截止状态
Yes
临界饱和时IC=？ 此时所需的IB=？
放大状态
Yes
IC I B
实际的IB小于饱和所需？
No
饱和状态
IC I B
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2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
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2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
当发射结反偏，集电结反偏时，BJT截止 iB=0 iC=0 iE=0
当发射结正偏导通、集电结反偏时，BJT处于放大状态 uBE=UBE(on) iC=βiB iE=(1+β)iB
当发射结正偏导通、集电结也正偏时，BJT饱和 uBE=UBE(on) uCE=UCES iC<βiB
少数载流 子的运动
因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，扩散到基区 的电子只有极少数与空穴复合
基区空穴 的扩散
因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂 移运动形成集电极电流IC。
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穿透电流
ICEO (1 )ICBO
集电结反向饱和电流
● ICEO—穿透电流，当IB=0，在集电极电源VCC作用下集 电极与发射极之间形成的电流 ● ICBO—是发射极开路时，集电结的反向饱和电流
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2.2 共射输入特性与输出特性
输入特性
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