NPN硅雙極結(jié)型晶體管

1、1. 摘要 晶體管是一種固體半導體器件，可以用于檢波，整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流。2. 綜述 按晶體管使用的半導體材料可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管。按晶體管的極性可分為鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。結(jié)型晶體管憑借功耗和性能方面的優(yōu)勢仍然廣泛應(yīng)用于高速計算機、火箭、衛(wèi)星以及現(xiàn)代通信領(lǐng)域中。 本次，我們主要研究設(shè)計NPN軌雙極結(jié)型晶體管3. 方案設(shè)計與分析 3.1 NPN晶體管基本結(jié)構(gòu)分析 如上圖所示，由兩個相距很近的PN結(jié)組成，基區(qū)寬度遠遠小于少子擴散長度，以上是NPN形式。雙

2、極型晶體管基區(qū)中的電流傳輸過程與雜質(zhì)分布形式有極密切的關(guān)系。均勻基區(qū)晶體管：基區(qū)雜質(zhì)濃度為常數(shù)。低注入下基區(qū)少子的運動形式為擴散。緩變基區(qū)晶體管：基區(qū)摻雜濃度隨位置變化。低注入下基區(qū)少子的運動形式既有擴散也有漂移。雙極晶體管有四種工作模式，相應(yīng)地稱為四個工作區(qū)。令 分別為基極對發(fā)射極和基極對集電極的電壓。則四種工作模式是： 3.2載流子分布與電流分量一、電流傳輸 中性基區(qū)（£ 0 << << £ )少子電子分布及其電流： 二、發(fā)射區(qū)少子空穴分布及其電流：邊界條件： 空穴電流為：三、集電區(qū)少子空穴分布及其電流 邊界條件： 3.3基區(qū)寬度的具體設(shè)計與PN

3、結(jié)二極管的分析類似，在平衡和標準工作條件下，BJT可以看成是由兩個獨立的PN結(jié)構(gòu)成基區(qū)展寬效應(yīng)的產(chǎn)生機理：對于一般放大工作的npn-BJT，由于集電結(jié)加有反向電壓，則在基區(qū)尾部、靠近集電結(jié)勢壘邊緣處的電子(少子)被抽出、使得該處的電子濃度=0。但是如果是在大電流工作時，由于注入的電子濃度很大，所以這時在基區(qū)尾部、集電結(jié)勢壘邊緣處，電子(少子)濃度實際上并不為0，而是等于Jc/(qvs)，其中Jc是集電極電流密度，vs是電子的飽和漂移速度（接近電子的熱運動速度，106s/cm）；在這種情況下，電子在中性基區(qū)內(nèi)雖然被空穴所中和，但電子在進入到集電結(jié)耗盡層內(nèi)后卻增加了耗盡層中的負電荷，從而在集電結(jié)電

4、壓Vbc不變時，就將使得集電結(jié)的負空間電荷層變窄(正空間電荷層相應(yīng)變寬)，這就導致基區(qū)變寬；進一步，若集電極電流密度Jc增大到Jc/(qvs)>Nc時（Nc是集電區(qū)的摻雜濃度），則集電結(jié)的負空間電荷層將推移到集電區(qū)內(nèi)，即中性基區(qū)進一步展寬到集電區(qū)，這就是產(chǎn)生了Kirk效應(yīng)基區(qū)展寬效應(yīng)。根據(jù)集電結(jié)耗盡層（令其中電場的分布為E(x)）的Poisson方程 dE/dx = -q (Jc/(qvs)-NC/eeo， 則可以計算出產(chǎn)生Kirk效應(yīng)的臨界電流密度為： Jco q vs Nc。 當集電極電流密度大于Jco時，即將出現(xiàn)Kirk效應(yīng)。發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的典型摻雜濃度為1019，1017，

5、1015 cm-3BJT是非對稱器件。集電極電流： 假定：基區(qū)電子線性分布 集電極電流為擴散電流 結(jié)論：集電極電流由基極和發(fā)射極之間的電壓控制，這就是晶體管的工作原理發(fā)射極電流： 一是由從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子電流形成的（iE1）；二是由基區(qū)的多子空穴越過B-E結(jié)注入到發(fā)射區(qū)（iE2）,它也是正偏電流，表達形式同iE1基極電流: 一是iE2， 該電流正比于exp(VBE/Vt) ，記為iBa；另一是基區(qū)多子空穴的復合流iBb,依賴于少子電子的數(shù)量，也正比于exp(VBE/Vt) 。故基極電流正比于exp(VBE/Vt) 。VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE 當VCC足夠大， VR較

6、小VCB>0此時正向有源。IC增大， VR增大，VCB減小，C結(jié)零偏準飽和C結(jié)反偏飽和，飽和時集電極電流不受控于VBE！ 3.4假設(shè)： （采用一維理想模型） 1，e,b,c三個區(qū)均勻摻雜，e,c結(jié)突變, 2，e,c結(jié)為平行平面結(jié)，其面積相同，電流垂直結(jié)平面 3，外電壓全降在空電區(qū)，勢壘區(qū)外無電場，故無漂移電流 4，e,c區(qū)長度少子L，少子濃度為指數(shù)分布（隨 x）5，Xm少子L，忽略勢壘復合及產(chǎn)生,6，滿足小注入條件7，不考慮基區(qū)表面復合 1. 基區(qū)電子（少子）濃度分布 濃度分布 同理可以得到發(fā)射區(qū)空穴濃度分布電流密度分布基區(qū)電子擴散電流令X=0，得 通過發(fā)射結(jié)電子電流為X=Wb，得 到達

7、集電結(jié)電子電流為發(fā)射區(qū)空穴電流密度分布當 ，則近似有集電區(qū)空穴電流密度E極總電流 = 電子電流 + 空穴電流令得4，綜合評價 雙極型晶體管基區(qū)中的電流傳輸過程與雜質(zhì)分布形式有極密切的關(guān)系。 均勻基區(qū)晶體管：基區(qū)雜質(zhì)濃度為常數(shù)。低注入下基區(qū)少子的運動形式為擴散。 緩變基區(qū)晶體管：基區(qū)摻雜濃度隨位置變化。低注入下基區(qū)少子的運動形式既有擴散也有漂移。5，心得體會通過這次的課程設(shè)計，使我了解到工藝參數(shù)對器件的設(shè)計起到關(guān)鍵性的作用。一開始的時候根本就不知道怎么做這個課程設(shè)計，不知道從何入手，只有大量的上網(wǎng)查找各種資料，以及通過課本的參閱來幫助自己來完成這個設(shè)計。這個準備的過程我就花了3天半的時間。但 這

8、個過程是必不可少的，俗話說的好磨刀不誤砍柴工，工欲善其事，必先利其器，但做了大量的準備工作之后，完成這個課程設(shè)計 就順利多了，通過這次課程設(shè)計的報告的研究探討，讓我感受到了課堂知識應(yīng)用于實踐的欣慰！6.參考文獻半導體器件物理.劉樹林等編著，電子工業(yè)出版社，2005年半導體器件基礎(chǔ).愛德華·S·楊著，人民教育出版社，1981年半導體器件物理.孟慶巨等編著，科學出版社，2010年半導體器件物理學習與考研指導.孟慶巨等編著，科學出版社，2010年 微電子器件課程設(shè)計 課題二 NPN硅雙極結(jié)型晶體管 電子09-1 0906040106 李瑞雪 feel free to listen

9、 to their voices and help the masses solve problems, we were officially opened on May 10 "12345" Mayor calls, formulated rules and regulations, equipped with a full-time staff, a 24-hour on-duty system, people to call to receive, reply, action, reminders, feedback and so on. By year end, h

10、andled the crowd calls 1076, 94.7% feedback rate. By Mayor calls active coordination to solve a large number of bears on the immediate interests of the people and issues of great lives, but also for leadership research and decision to collect a lot of good ideas and suggestions, by all sectors of th

11、e community alike. Second, start Municipal Government Affairs Hall built. On May 11, we built and launched the city-government lobby, were settled in 12 departments, strict implementation of first asking duty system, service system, system of gratuitous, "receiving, internal coordination, head

12、of the window handle, limited time concluded" one-stop service. By the end of today to accept various types of 3,273, originally of up to 100%. Running Government Affairs Hall, the convenience of the masses, promoting open Government, improve the investment environment and solve their practical problems, and so did a lot of work, masses, serve the community for the Government to play a very good "wi