半导体器件2修改版.pptx
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1、8.1 BJT的基本概念半导体三极管有两大类型:一类是双极型半导体三极管(简称BJT);一类是场效应半导体三极管(简称FET)。双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件,它由两个 PN 结组合而成。半导体三极管一般指双极型半导体三极管,简称 晶体管、三极管。Bipolar Junction Transistor-BJT基本概念vBipolar Junction TransistorN+NPPEBCEBCEBCNPNPNP第一个点接触式的第一个点接触式的晶体管晶体管(transistor)Bardeen,Brattain,and Schockley获获1956年诺贝尔年诺贝尔物理奖物
2、理奖晶体管的特性v两个独立的PN结构成晶体管的静电特性N+PN符号:箭头代表发射极电流的实际方向NPNNPN型型PNPPNP型型-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极8.2 BJT的结构与工艺理想NPN掺杂分布v集电结外延,发射结离子注入e bc 三极管的结构特点:(1)发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。(2)基区要制造得很薄且掺杂浓度很低。BJTBJT三个电极之间可以组成不同的输入和输出回路三个电极之间可以组成不同的输入和输出回路NPN型BJT三极管的共发射极连接结点电流:IE=IB+IC制备工艺(2)混合隔离的纵
3、向混合隔离的纵向NPN管管(1)PN结隔离的纵向结隔离的纵向NPN管管1.1.制备埋层制备埋层(氧化(氧化(SiO2)(SiO2)-光刻光刻-埋层扩散埋层扩散-去氧化层)去氧化层)进行大剂量进行大剂量As+注入并退火,形成注入并退火,形成n+埋层埋层利用利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层腐蚀掉硅片表面的氧化层PN+(提供集电极电流的低阻通路)提供集电极电流的低阻通路)PN+N+2.2.生长外延层生长外延层PN+N将硅片放入外延炉中进行外延,外延层的厚度将硅片放入外延炉中进行外延,外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定和掺杂浓度一般由器件的用途决定3.3.制备制备PNPN结隔离结隔离(氧化(氧化
4、(SiO2)(SiO2)-光刻光刻-扩散扩散-去氧化层)去氧化层)PN+NP+P+4.4.制备基区制备基区(氧化(氧化-光刻)光刻)PSiO2N+NP+P+基区基区(基区扩散(基区扩散-去氧化层)去氧化层)PN+NPP+P+5.5.发射区(集电区)发射区(集电区)(氧化(氧化-光刻光刻-扩散)扩散)PSiO2N+NPN+N+P+P+发射区(集电区)发射区(集电区)(去氧化层)(去氧化层)PN+NPN+N+P+P+6.6.金属连线金属连线(引线氧化引线氧化-接触孔光刻接触孔光刻-蒸铝引线光刻)蒸铝引线光刻)PSiO2N+NN+N+P+P+反刻铝反刻铝P合金:合金:使使Al与接触孔中的硅形成良好的
5、欧姆接触,一般是在与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触,一般是在450、N2-H2气氛气氛下处理下处理2030分钟分钟形成钝化层形成钝化层在低温条件下在低温条件下(小于小于300)淀积氮化硅淀积氮化硅刻蚀氮化硅,形成钝化图形刻蚀氮化硅,形成钝化图形N埋层用于降低集埋层用于降低集电极串连电阻电极串连电阻8.3 BJT的工作原理(NPN管)管)BJT在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态:发射结加正向电压,集电结加反向电压。发射结正偏,集电结反偏发射结正偏,集电结反偏。下面以NPN管为例介绍晶体管的放大作用。基本共射放大电路如右图。EBC+UCE UBEUCB共发射极接法c区b区e区载
6、流子的传输过程:载流子的传输过程:1)发射区向基区发射发射电子2)电子在基区的扩散扩散与复合与复合3)集电极收集收集电子 BJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程1)发射区向基区发射电子。)发射区向基区发射电子。发射极电流:IE=IEN IEP IENIENEPIIEICIB 发射结正偏,有利于多子的扩散。发射区的大量自由电子扩散到基区,形成电流IEN,其方向与电子流动的方向相反。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),因此空穴流与电子流相比可忽略不计。2)电子在基区的扩散与复合。)电子在基区的扩散与复合。基极电流:IB IBNIE
7、NEPIIEICIB 由发射区向基极注入的电子,即成为基区内的少子,称为非平衡载流子,并在基区靠近发射结的边界积累起来,在基区中形成一定的浓度梯度,因此自由电子向集电极方向扩散,扩散的过程中会与基区中的空穴复合,形成基极电流IBN。3)集电极收集电子)集电极收集电子 集电极电流:IC ICN IENEPIIEICIBICN 集电结反偏,有利于少子的漂移,所以到达集电结的电子很快漂移过集电结为集电区所收集,形成集电极电流ICN。8.4 BJT的特性参数发射效率:发射效率:0 1,通过使 尽可能的接近1,可以获得更大的BJT电流增益。基区输运系数:基区输运系数:成功进入集电区的少数载流子占注入到基
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