微电子概论（第3版）课件2-4-1-集成电路中的BJT

《微电子概论（第3版）IntroductiontoMicroelectronics郝跃贾新章史江一》SecondEdition“双极（Bipolar）”晶体管指两种极性载流子（电子和空穴）都参与电流输运的晶体管。1948年美国Bell实验室科学界发明的晶体管是一种“点接触”晶体管。1950年出现了采用两个具有面接触特点的pn结组成的晶体管，称为双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor，缩写为BJT）。目前得到广泛应用的是双极结型晶体管，即BJT。由于点接触晶体管工作非常不稳定，早已退出历史舞台，因此目前“双极晶体管”就是指“双极结型晶体管”，英文名称缩写仍然采用BJT。（1）平面工艺IC中的BJT结构特点2.4.1BJT直流放大原理（2）双极晶体管直流电流传输过程（4）提高BJT直流电流放大系数的技术途径（3）BJT直流电流放大系数目录1.平面工艺IC中的BJT结构特点(1)双极晶体管的基本结构(a)NPN和PNP晶体管及其代表符号

BJT由两个背靠背的pn结构成。晶体管三个区域分别称为：发射区、基区和集电区。晶体管三个引出端分别称为：发射极、基极和集电极。1.平面工艺IC中的BJT结构特点(1)双极晶体管的基本结构(a)NPN和PNP晶体管及其代表符号说明发射区和发射极的英文名称均为Emitter。基区和基极的英文名称均为Base。集电区和集电极的英文名称均为Collector。1.平面工艺IC中的BJT结构特点(1)双极晶体管的基本结构(b)集成电路中的BJT影响双极晶体管特性的主要因素是基区中少数载流子的输运。由于电子扩散系数比空穴高，使得npn晶体管特性优于pnp晶体管，因此在IC设计中尽量采用npn晶体管。双极IC的基本工艺流程是针对npn晶体管设计的，在形成npn晶体管的同时生成pnp晶体管，因此双极IC中npn晶体管特性明显优于pnp。本节以npn晶体管为对象介绍双极晶体管的工作原理。1.平面工艺IC中的BJT结构特点(2)实际平面工艺双极晶体管的结构和杂质分布BJT由两个背靠背的pn结构成。采用平面工艺进行两次选择性掺杂就可以形成BJT。注意平面工艺BJT剖面结构图和掺杂实例示意图之间对应关系。基区掺杂结深xjc与发射区掺杂结深xje之差就是基区宽度Wb。1.平面工艺IC中的BJT结构特点平面工艺BJT基区杂质分布不是均匀掺杂，称为缓变基区晶体管。早期的BJT采用合金工艺，每个区均为均匀掺杂，称为均匀掺杂基区晶体管。为了突出物理过程，本节以均匀掺杂基区晶体管为对象介绍BJT基本工作原理。然后针对缓变基区晶体管对结果进行修正。(2)实际平面工艺双极晶体管的结构和杂质分布1.平面工艺IC中的BJT结构特点(3)双极晶体管的偏置方式BJT包含两个pn结，一共有四种偏置状态。①正向放大：发射结正偏，集电结反偏。②反向放大：发射结反偏，集电结正偏。③饱和：发射结正偏，集电结正偏。④截止：发射结反偏，集电结反偏。放大电路中主要采用正向放大。1.平面工艺IC中的BJT结构特点(3)双极晶体管的偏置方式本节结合正向放大状态介绍BJT的放大原理。再结合结构特点分析，说明为什么平面工艺BJT的反向放大特性比正向放大特性差得多。饱和与截止两种状态将在介绍BJT开关特性部分进行分析。1.平面工艺IC中的BJT结构特点(4)双极晶体管的三种连接方式(a)共基极(Common-base)：发射极为输入，集电极为输出。(b)共射极(Common-emitter)：基极为输入，集电极为输出。(c)共集电极(Common-