NPN硅双极结型晶体管

1、1. 摘要 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波，整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流。2. 综述 按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势仍然广泛应用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领域中。 本次，我们主要研究设计NPN轨双极结型晶体管3. 方案设计与分析 3.1 NPN晶体管基本结构分析 如上图所示，由两个相距很近的PN结组成，基区宽度远远小于少子扩散长度，以上是NPN形式。双

2、极型晶体管基区中的电流传输过程与杂质分布形式有极密切的关系。均匀基区晶体管：基区杂质浓度为常数。低注入下基区少子的运动形式为扩散。缓变基区晶体管：基区掺杂浓度随位置变化。低注入下基区少子的运动形式既有扩散也有漂移。双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区。令 分别为基极对发射极和基极对集电极的电压。则四种工作模式是： 3.2载流子分布与电流分量一、电流传输 中性基区（£ 0 << << £ )少子电子分布及其电流： 二、发射区少子空穴分布及其电流：边界条件： 空穴电流为：三、集电区少子空穴分布及其电流 边界条件： 3.3基区宽度的具体设计与PN

3、结二极管的分析类似，在平衡和标准工作条件下，BJT可以看成是由两个独立的PN结构成基区展宽效应的产生机理：对于一般放大工作的npn-BJT，由于集电结加有反向电压，则在基区尾部、靠近集电结势垒边缘处的电子(少子)被抽出、使得该处的电子浓度=0。但是如果是在大电流工作时，由于注入的电子浓度很大，所以这时在基区尾部、集电结势垒边缘处，电子(少子)浓度实际上并不为0，而是等于Jc/(qvs)，其中Jc是集电极电流密度，vs是电子的饱和漂移速度（接近电子的热运动速度，106s/cm）；在这种情况下，电子在中性基区内虽然被空穴所中和，但电子在进入到集电结耗尽层内后却增加了耗尽层中的负电荷，从而在集电结电

4、压Vbc不变时，就将使得集电结的负空间电荷层变窄(正空间电荷层相应变宽)，这就导致基区变宽；进一步，若集电极电流密度Jc增大到Jc/(qvs)>Nc时（Nc是集电区的掺杂浓度），则集电结的负空间电荷层将推移到集电区内，即中性基区进一步展宽到集电区，这就是产生了Kirk效应基区展宽效应。根据集电结耗尽层（令其中电场的分布为E(x)）的Poisson方程 dE/dx = -q (Jc/(qvs)-NC/eeo， 则可以计算出产生Kirk效应的临界电流密度为： Jco q vs Nc。 当集电极电流密度大于Jco时，即将出现Kirk效应。发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度为1019，1017，

5、1015 cm-3BJT是非对称器件。集电极电流： 假定：基区电子线性分布 集电极电流为扩散电流 结论：集电极电流由基极和发射极之间的电压控制，这就是晶体管的工作原理发射极电流： 一是由从发射区注入到基区的电子电流形成的（iE1）；二是由基区的多子空穴越过B-E结注入到发射区（iE2）,它也是正偏电流，表达形式同iE1基极电流: 一是iE2， 该电流正比于exp(VBE/Vt) ，记为iBa；另一是基区多子空穴的复合流iBb,依赖于少子电子的数量，也正比于exp(VBE/Vt) 。故基极电流正比于exp(VBE/Vt) 。VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE 当VCC足够大， VR较

6、小VCB>0此时正向有源。IC增大， VR增大，VCB减小，C结零偏准饱和C结反偏饱和，饱和时集电极电流不受控于VBE！ 3.4假设： （采用一维理想模型） 1，e,b,c三个区均匀掺杂，e,c结突变, 2，e,c结为平行平面结，其面积相同，电流垂直结平面 3，外电压全降在空电区，势垒区外无电场，故无漂移电流 4，e,c区长度少子L，少子浓度为指数分布（随 x）5，Xm少子L，忽略势垒复合及产生,6，满足小注入条件7，不考虑基区表面复合 1. 基区电子（少子）浓度分布 浓度分布 同理可以得到发射区空穴浓度分布电流密度分布基区电子扩散电流令X=0，得 通过发射结电子电流为X=Wb，得 到达

7、集电结电子电流为发射区空穴电流密度分布当 ，则近似有集电区空穴电流密度E极总电流 = 电子电流 + 空穴电流令得4，综合评价 双极型晶体管基区中的电流传输过程与杂质分布形式有极密切的关系。 均匀基区晶体管：基区杂质浓度为常数。低注入下基区少子的运动形式为扩散。 缓变基区晶体管：基区掺杂浓度随位置变化。低注入下基区少子的运动形式既有扩散也有漂移。5，心得体会通过这次的课程设计，使我了解到工艺参数对器件的设计起到关键性的作用。一开始的时候根本就不知道怎么做这个课程设计，不知道从何入手，只有大量的上网查找各种资料，以及通过课本的参阅来帮助自己来完成这个设计。这个准备的过程我就花了3天半的时间。但 这

8、个过程是必不可少的，俗话说的好磨刀不误砍柴工，工欲善其事，必先利其器，但做了大量的准备工作之后，完成这个课程设计 就顺利多了，通过这次课程设计的报告的研究探讨，让我感受到了课堂知识应用于实践的欣慰！6.参考文献半导体器件物理.刘树林等编著，电子工业出版社，2005年半导体器件基础.爱德华·S·杨著，人民教育出版社，1981年半导体器件物理.孟庆巨等编著，科学出版社，2010年半导体器件物理学习与考研指导.孟庆巨等编著，科学出版社，2010年 微电子器件课程设计 课题二 NPN硅双极结型晶体管 电子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