微電子器件(3-1)

1、 PN 結(jié)正向電流的來源是多子，所以正向電流很大結(jié)正向電流的來源是多子，所以正向電流很大 ；反向；反向電流的來源是少子，所以反向電流很小。電流的來源是少子，所以反向電流很小。 如果能用其他方法給反偏如果能用其他方法給反偏 PN 結(jié)提供大量少子，就能提高結(jié)提供大量少子，就能提高反偏反偏 PN 結(jié)的電流。結(jié)的電流。 給反偏給反偏 PN 結(jié)提供少子的方法之一是在其附近制作一個(gè)正偏結(jié)提供少子的方法之一是在其附近制作一個(gè)正偏 PN 結(jié)，使正偏結(jié)，使正偏 PN 結(jié)注入的少子來不及復(fù)合就被反偏結(jié)注入的少子來不及復(fù)合就被反偏 PN 結(jié)收集結(jié)收集而形成很大的反向電流。反向電流的大小取決于其附近正偏而形成很大的反

2、向電流。反向電流的大小取決于其附近正偏 PN 結(jié)偏壓的大小。結(jié)偏壓的大小。由此發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管獲得由此發(fā)明的雙極結(jié)型晶體管獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。了諾貝爾物理獎(jiǎng)。NPP 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 ( Bipolar Junction Transistor ) 簡稱為雙極簡稱為雙極型晶體管，或晶體管。型晶體管，或晶體管。 雙極型晶體管雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：有兩種基本結(jié)構(gòu)：PNP 型和型和 NPN 型，其型，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖和在電路圖中的符號(hào)如下示意圖和在電路圖中的符號(hào)如下NNNPPPEEEEBBBBCCCC 基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)主要基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)主要作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

3、，又稱為作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，又稱為 。 基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)主要作漂移運(yùn)動(dòng)，又稱為主要作漂移運(yùn)動(dòng)，又稱為 。PN+N0 xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0 xjcxje 加在各加在各 PN 結(jié)上的電壓為結(jié)上的電壓為PNP 管，管，NPN 管，管， 根據(jù)兩個(gè)結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有根據(jù)兩個(gè)結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有 4 種工作狀態(tài)，種工作狀態(tài)，E 結(jié)結(jié) 工作狀態(tài)工作狀態(tài)放大狀態(tài)，用于模擬電路放大狀態(tài)，用于模擬電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路倒向放大狀態(tài)倒向放大狀態(tài)C 結(jié)結(jié) BEBEBCBC,V

4、VVVVVEBEBCBCB,VVVVVV 均勻基區(qū)晶體管在均勻基區(qū)晶體管在 4 種工作狀態(tài)下的少子分布圖種工作狀態(tài)下的少子分布圖放大狀態(tài)：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)： 均勻基區(qū)均勻基區(qū) NPN 晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖ECEFEVNNP 均勻基區(qū)均勻基區(qū) NPN 晶體管在晶體管在 4 種工作狀態(tài)下的能帶圖種工作狀態(tài)下的能帶圖放大狀態(tài)：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)： 晶體管放大電路有兩種基本類型：晶體管放大電路有兩種基本類型：。BECBPNPNENBNCIEIBICECB

5、NPIEIBPENENBNCIC 為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下 PN 結(jié)中結(jié)中的正向電流。的正向電流。VJdpdnrJJJdpJdnJrJP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)pxnx0 以以 PNP 管為例。忽略勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流，管為例。忽略勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流， 處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示，的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示，EpEnEBnEnrCpCpEprEnEnr,IIIIIIIIIIIII 從從 IE 到到 IC ，發(fā)生了兩部分虧損：，發(fā)生了兩部分虧損：InE 與與 Inr 。 要減小要減小 InE ，就應(yīng)使，就應(yīng)使

6、 NE NB ； 要減小要減小 Inr ，就應(yīng)使，就應(yīng)使 WB LB 。 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時(shí)的時(shí)的 IC 與與 IE 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBC0,0EVVII 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時(shí)的時(shí)的 IC 與與 IE 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBCFB0,0EVVIhI 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時(shí)的時(shí)的 IC 與與 IB 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EBCBC0,0BVVII 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié) 時(shí)的時(shí)的 IC 與與 IB 之比，稱為之比，稱為，記為，記為 ，即，即EB

7、CBCFE0,0BVVIhI 與與 hFB 以及以及與與 hFE 在數(shù)值上幾乎沒有什么區(qū)別，但是若在數(shù)值上幾乎沒有什么區(qū)別，但是若采用采用 與與 的定義，則無論對(duì)的定義，則無論對(duì) 與與本身的推導(dǎo)還是對(duì)晶體管直本身的推導(dǎo)還是對(duì)晶體管直流電流電壓方程的推導(dǎo)，都要更方便一些流電流電壓方程的推導(dǎo)，都要更方便一些 ，所以本書只討論，所以本書只討論 與與 。 根據(jù)晶體管各端電流之間的關(guān)系：根據(jù)晶體管各端電流之間的關(guān)系：IB = = IE - - IC ，以及，以及 與與的的定義，可得定義，可得 與與之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 對(duì)于一般的晶體管，對(duì)于一般的晶體管， = = 0.9500 0.9950 ， = = 20 200。1CCEBECE1IIIIIII 除了上面的直流電流放大系數(shù)之外，還有除了上面的直流電流放大系數(shù)之外，還有 （也稱為（也稱為 ）和）和 。直流小信號(hào)電流放大系數(shù)的定義是。直流小信號(hào)電流放大系數(shù)的定義是 EBCBC00,0EddVVIIE