双极型晶体管(BJT)(精)
双极性晶体管的发展趋势
双极性晶体管的发展趋势双极性晶体管（BJT）作为一种重要的电子器件，在电子技术领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断发展，人们对BJT的要求也在不断提高，因此BJT的发展趋势也在不断变化。
首先，BJT的尺寸越来越小。
自从1960年发现集成电路以来，电子器件的尺寸就一直在不断减小。
BJT作为集成电路中重要的组成部分之一，其尺寸的缩小是必然趋势。
随着微纳技术的不断发展，如今已经实现了纳米级的BJT器件，这不仅提高了器件的集成度，还降低了功耗和成本。
其次，BJT的性能不断提升。
随着对电子器件性能要求的提高，BJT的速度、功率和可靠性等方面也在不断改善。
速度方面，BJT的开关速度越来越快，可以达到GHz级别，适用于高频率应用；功率方面，BJT的功率密度也在不断提高，可以承受更高的功率；可靠性方面，BJT的寿命和可靠性得到了极大的提高，可以满足更严苛的工作环境。
第三，BJT的制造工艺不断改进。
随着制造工艺的进步，如今已经发展出了多种不同的BJT工艺，如高压工艺、低温工艺和SiGe工艺等。
这些工艺的出现使得BJT在不同应用中具备了更广泛的适应性，能够满足不同领域的需求。
第四，BJT的材料研究不断深入。
传统的BJT采用的是硅材料，但是近年来人们对其他材料的研究也取得了一定的进展。
如今已经发展出了SiC（碳化硅）和GaAs（砷化镓）等新材料的BJT，这些材料具有更好的导电和导热性能，能够在高温、高压等恶劣环境下工作。
最后，BJT与其他器件的集成程度越来越高。
随着集成电路技术的不断发展，人们将BJT与其他器件进行集成，形成了更复杂的电路结构。
例如，将BJT与MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等器件集成在一起，形成了BiCMOS （双极性CMOS）器件，具备了BJT和MOSFET的优点，适用于更广泛的应用领域。
综上所述，双极性晶体管的发展趋势主要包括尺寸的缩小、性能的提升、制造工艺的改进、材料的研究和与其他器件的集成。
第三章 BJT双极型晶体管
中国计量学院光电学院
晶体管——transistor 它是转换电阻transfer resistor的缩写 晶体管就是一个多重结的半导体器件 通常晶体管会与其他电路器件整合在一起， 以获得电压、电流或是信号功率增益
双极型晶体管（bipolar transistor）
IC 0 I E ICBO
(10)
理想BJT的静态特性
何谓静态？
静态电流 电压特性 各端点的电流方程式
五点假设
意味什么？
（1）晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； （2）基区中的空穴漂移电流和集基极反向 饱和电流可以忽略； （3）载流子注入属于小注入； （4）耗尽区中没有产生-复合电流； （5）晶体管中无串联电阻。 用途：为推导理想晶体管电流、电压表达 式做准备！
从这个方程中可以看出，少数载流子分布趋近于一条直线。
那么整体PNP晶体管在放大模式下的少子分布究竟如何呢？
类似于基区的求解，可以求出发射区和集电区中的少子分布。
发射区和集电区中性区域的边界条件为：
nE ( x xE ) nE 0 e q VCB nC ( x xC ) nC 0 e
注意
载流子浓度 exp[(载流子能量) / kT ]
qVbi nn 0 n p 0 exp( ) kT qVbi p p 0 pn 0 exp( ) kT
热平衡时的PN结载流子浓度
基本上，假设在正向偏压的状况下，空穴由 发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的 方式穿过基区到达集基结，一旦我们确定了 少数载流子的分布（即N区中的空穴），就 可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。
基区输运 系数
发射效率
第二章_双极型晶体三极管(BJT)
传输到集电极的电流 发射区注入的电流
ICn
Rb
IE
IC ICBO IC
EB
IE
IE
一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大
ICBO IB
b IBn
c
IC
ICn
IEn e IE 一般可达 0.95 ~ 0.99
Rc EC
13
（2） i与C 的i关B 系
输入
b
+
cUCE 输出
e
V 回路UCE
回路
V
UBE
电流，UCE是输出电压；
VCC
25
1、共射输入特性曲线
I B f (U BE ) UCE 常数
(1) UCE = 0 时的输入特性曲线
Rb IB b c
VBB
+e
UBE _
IB/A
UCE 0
类似为PN结正偏时的伏安特性曲线。
O
U BE / V
IE = IC + IB IC IE ICBO
IB＝IBn－ICBO
当IE=0时，IC=ICBO
IC ( IC IB ) ICBO
1
IC 1 IB 1 ICBO
IC IB (1 )ICBO
= IB ICEO
穿透电流。
其中：
1
共射直流电流放大 系数。
14
IC IB ICEO
• 直流参数
– 直流电流放大系数 和
– 极间反向电流 和ICBO ICEO
• 交流参数
– 交流电流放大系数 和
– 频率参数 和 f
fT
• 极限参数
集电极最大允许电流ICmax 集电极最大允许功耗PCmax 反向击穿电压
NPN BJT双极晶体管制备工艺流程
工艺设计报告一．双极性三极管（BJT ）简介双极性晶体管是集成电路中应用最广泛也是最重要的半导体器件之一，其发明者威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·豪泽·布喇顿因此被授予了1956年的诺贝尔物理学奖。
三极管的外形如下图所示，而类型有PNP 和NPN 两种，主要以NPN BJT 为例进行讨论。
结构：n+p nEI BI CI 发射极基极集电极基本结构：埋层n +P 衬底p+p +pn +n+2so E Bcp 衬底集电极2sio 2sio p +p +2sio n +埋层p 基区n 外延p 沟道阻挡层发射区n +基区n34Ni N 隔离氧化物二．NPN BJT 的工艺制备流程 1. 衬底制备衬底采用轻掺杂的P 型硅p 型si2. 埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生PNP管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作N+埋层。
首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入N型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。
埋层材料选择标准是杂质在硅中的固溶度要大，以降低集电区的串联电阻；在高温下，杂质在硅中的扩散系数要小，以减少制作外延层时的杂质扩散效应；杂质元素与硅衬底的晶格匹配要好以减小应力，最好是采用砷。
3.外延层去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。
此外延层作为集电区。
整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。
外延生长主要考虑电阻率和厚度。
为减少结电容，提高击穿电压，降低后续工艺过程中的扩散效应，电阻率应尽量高一些；但为了降低集电区串联电阻，又希望它小一些。
4. 形成隔离区先生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预淀积硼（或者采用离子注入），并退火使杂质推进到一定距离，形成P 型隔离区。
这样器件之间的电绝缘就形成了。
5. 深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了N型外延层的内部。
为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的N 型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。
绝缘栅双极型晶体管
绝缘栅双极型晶体管一、 IGBT介绍IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型)和MOS()组成的复合全控型驱动式功率, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优势。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种的优势，驱动功率小而饱和压降低。
超级适合应用于为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、、照明电路、牵引传动等领域。
二、 IGBT的结构左侧所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。
P+区称为漏区。
的操纵区为栅区，附于其上的电极称为（即门极G）。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的，与漏区和亚沟道区一路形成PNP，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态。
附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原先为NPN)晶体管提供基极，使IGBT导通。
反之，加反向门极电压排除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。
IGBT的驱动方式和MOSFET大体相同，只需操纵输入极N-沟道MOSFET，因此具有高输入阻抗特性。
当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
三、关于IGBT的测试IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，现在IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1时进行测试，现在IGBT工作在开关状态。
双发射极晶体管符号
双发射极晶体管符号的定义和原理是什么呢？双发射极晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）是一种由三层半导体材料构成的电子器件。
它具有三个电极：发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
根据发射极的结构，BJT可以分为双NPN型和双PNP型两种。
在双发射极晶体管中，最重要的特性之一就是其符号表示。
符号表示了BJT的结构和工作原理，为电子工程师和技术人员提供了直观的了解和使用这一器件的方式。
BJT的符号可以从构成元件的器件层面进行解读。
典型的双发射极晶体管符号如下所示：E- -/| |\| |B C其中，E代表发射极（Emitter），B代表基极（Base），C代表集电极（Collector），这三个电极在晶体管的工作中起着重要的作用。
BJT的符号表示了电子流动的路径。
发射极上的电子注入到基极，并通过基极和集电极之间的pn结进行流动。
在NPN型的晶体管中，发射极和基极之间的结为PN结，而基极和集电极之间的结为NP结。
在PNP型的晶体管中，这两个结的方向正好相反。
除了符号中的基本元素之外，还有一些额外的标记用于表示晶体管的参数和特性。
箭头可以用来表示NPN或PNP型晶体管的当前流动方向，以及箭头所指的正极和负极。
在双发射极晶体管符号中，箭头通常指向基极，表示电流流从发射极到基极。
双发射极晶体管符号不仅仅是一种简单的图形表示，它还代表了晶体管的基本工作原理。
通过图形化的方式，我们可以更容易地理解BJT的运作机制。
另外，这种标识方式还有助于在电路图中对晶体管进行正确放置，并确保电子元件连接正确。
对于电子工程师和技术人员来说，对双发射极晶体管符号的理解至关重要。
它是他们设计和分析电路时必不可少的工具。
通过了解符号的结构和意义，他们可以更好地理解电路中的各个元素之间的关系，从而更好地进行电路设计和故障排除。
双发射极晶体管符号的理解还可以扩展到更高级的应用和领域。
bipolar晶体管原理
bipolar晶体管原理摘要：一、引言二、双极晶体管的工作原理1.结构与分类2.工作原理三、双极晶体管的特性1.静态特性2.动态特性四、双极晶体管的应用领域五、结论正文：【引言】双极晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）是一种最基本的半导体器件，具有放大和开关等功能，是构成各种电子设备的基本单元。
它在现代电子技术中有着广泛的应用，如放大器、振荡器、计算机等。
本文将详细介绍双极晶体管的工作原理、特性及其应用领域。
【双极晶体管的工作原理】【结构与分类】双极晶体管由三个区域组成：n型区（发射极，Emitter，E）、p型区（基极，Base，B）和n型区（集电极，Collector，C）。
发射极和集电极之间的电流可以通过控制基极电流来调节，这就是双极晶体管能够放大和开关的原因。
根据电流放大系数不同，双极晶体管可以分为两类：NPN型和PNP型。
NPN型晶体管的发射极是电子浓度较低的n型区，基极是电子浓度较高的p 型区，集电极是电子浓度较低的n型区；而PNP型晶体管的发射极是电子浓度较高的p型区，基极是电子浓度较低的n型区，集电极是电子浓度较高的p 型区。
【工作原理】双极晶体管的工作原理主要是利用基极电流来控制发射极和集电极之间的电流。
当基极电流增大时，发射极的电子会增多，这些电子会通过基区，进入集电区，从而使集电极电流增大。
反之，当基极电流减小时，发射极的电子减少，集电极电流也会相应减小。
这就是双极晶体管的电流放大作用。
【双极晶体管的特性】【静态特性】双极晶体管的静态特性主要表现在输入电阻、输出电阻和电流放大系数三个方面。
输入电阻是指基极对发射极的电阻，输出电阻是指集电极对基极的电阻。
电流放大系数是指集电极电流与基极电流之比。
【动态特性】双极晶体管的动态特性主要是指其频率响应。
随着工作频率的增加，双极晶体管的电流放大系数会降低，直至趋于零。
当工作频率过高时，双极晶体管将无法正常工作。
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。
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e IE
IEP IEN IBN
－
IC c +
ICBO
VEE
空穴
电子
+ I B b
VCC
电流方向
单击此框运行三极管 载流子分配动画演示
本页完 继续
晶体管的电流分配 晶体管的放大作用
双极型晶体管(BJT)
集电极电流IC:集电极电流主要 由集电结收集从发射区扩散至基 集极电流的形成 区的电子而成 (ICN)。亦有由于基 区和集电区的少子漂移作用而产 生的很小的反向饱和电流ICBO。 IC =ICN+ICBO ICN
贵州· 兴义· 马岭河大峡谷
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双极型半导体三极管（亦称为晶体管）一般有三
引言 个电极（即三个引出脚），按工作性质亦分为高、低 频晶体三极管；大功率、中功率和小功率晶体三极管； 用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材 料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管，由于硅三 极管工作稳定性较好，所以现在大部分三极管都是用 硅材料做的。下面是一些三极管的外型。
大功 率低 频三 极管
中功 率低 频三 极管
小功 率高 频三 极管
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本 节 学 学 习 习 要 要 点 点 和 要 求
半 导 体 三 极 管 的 结 构 晶 体 三 极 管 的 放 大 原 理
共射电路输入特性曲线的意义
共射电路输出特性曲线的意义 晶 体 三 极 管 常 用 参 数 的 意 义
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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
晶体管的特性 一、晶体管结构简介 1.晶体管的两种结构
继续
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。
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
一 、 晶 体 管 结 构 简 介
二、晶体管的电流分配和放大作用 三 、 晶 体 管 的 特 性 曲 线 四 、 ( B J T ) 的 主 要 参 数
使用说明：要学习哪部分内容，只 需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标 左键即可，按空格键或鼠标左键将按 目录顺序学习。
黄 山 · 百 步 云 梯
半导 体三 极管 特性 主页
二、晶体管的电流分配 与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 2.晶体管的电流分配
NPN与PNP管具有几乎等同的特性，只不过各电 极端的电压极性和电流流向不同而已。
E
C
C
E
3.晶体管的两个PN结
B
PNP型
B
NPN型
半导体三极管电路符号 本页完 继续
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、晶体管的电流分配 发射结必须处于正向偏 与放大作用 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 置——目的增强集电结
N P N ICN
e IE
IEP IEN IBN
－
IC c +
ICBO
注意电流方向：电流方 向与电子移动方向相反,与 空穴移动方向相同。
VEE
空穴
电子
+ I B b
VCC
2.晶体管的电流分配 发射极电流的组成 单击此框运行三极管
载流子分配动画演示 继续
电流方向
晶体管的电流分配 晶体管的放大作用
双极型晶体管(BJT)
场方向知 , 反向 偏置有利于收集 在基区的电子 N
ICN
e IE
－
IC c +
ICBO
动画演示
单击此框运行三极管 载流子分配动画演示
VEE
空穴
电子
+ I B b
VCC
电流方向
继续
晶体管的电流分配 晶体管的放大作用
双极型晶体管(BJT)
二、晶体管的电流分配 发射极电流IE :主要由发射区的 电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的 与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 由基区向发射区扩散 的空穴电流 (IEP)。 接的一般特性 IE =IEN+IEP IEN 2.晶体管的电流分配
C C E
E
B 发射极的电路符号
PNP型
B
NPN型
半导体三极管电路由NPN和 继续 返回 PNP两种结构组成 2.晶体管有三个区:
双极型晶体管 (BJT) 单击返回,返回学习主页，单击
很显然 ， 三极管有两个 PN结，发射区与基区间的称 为发射结，集电区与基区间的 叫集电结。
基极电流IB: 基极电流主要由基 区的空穴 与从发射区扩散 过来的 电子复合而成。同时电源VEE又不 断地从基区中把电子拉走, 维持基 区有一定数量的空穴。
由于基区有少 量空穴,所以从发 射区扩散过来的 电子在基区会被 复合掉一些,形成 基极电流。 基极电流的形成
二、晶体管的电流分配 与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 2.晶体管的电流分配
电流方向 基极
继续
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、晶体管的电流分配 发射结必须处于正向偏 与放大作用 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
利于发射区的电 子向基区扩散 N IEP IEN IBN P
e 发 射 极 b 基 极 c 集 电 极
发射区
N P基区 2.晶体管的三个区
N集电区
管芯结构剖面图
继续
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:
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 注意：发射极的 符号带箭头。 面较大—— 引出集电极c.