双极型晶体管及其在生活中的应用

双极型三极管及其在生活中的应用

一、双极型三极管的介绍

1、 类型与结构 双极型三极管（Bipolar Junction Transistor, BJT ）称为半导体三极管、晶体半导体等，是一种重要的三端子电子器件。它是由贝尔实验室（Bell Laboratory ）的一个研究团队在1947年发明的。虽然如今MOSFET 已经成为应用最广泛的电子器件，但是BJT 仍然在汽车电子仪器、无线系统频射电路等领域具有一定的优越性。

双极型三极管（BJT ）是一种电流控制器件。它由两个背

靠背PN 结构成，是具有电流放大作用的晶体三极管，。它有三

个电极，每个电极伸出一个引脚，由电子和空穴同时参与导电。

BJT 常见的晶体管外形如右图所示。

在一个硅片或锗片上生成三个半导体区域：一个P 区夹在两个N 区中间的称为NPN 型管；一个N 区夹在两个P 区之间的称为PNP 型管。它们的电路符号和结构图如下图所示。

（NPN 型管的结构模型图）

（A 为NPN 晶体管、B 为PNP 晶体管）

三个杂质半导体区域分别为：基区、发射区、集电区。它们的特点是：基区很薄，空穴浓度较小；发射区与基区的接触面较小，高掺杂；集电区与基区的接触面较大。从三个区域中分别引出三个电极：基极（B ）、发射极（E ）、集电极（C ）。三个杂志半导体区域之间两两形成了PN 结。其中发射区和基区间形成发射结，集电区和基区间形成集电结。上图所示是NPN 型管的结构模型图。

2、 工作原理

BJT 的工作模式有三：共射极放大、共基极放大、共集极放大。其中最常见的是共发射极工作模式。

当

BJT 中两个PN 结偏置条件不同时，BJT 将呈现不同

的工作状态【1】：

（1）放大区：发射结正偏且大于开启电压，集电结反偏。

（2）截止区：发射结和集电结均为反向偏置。其实只要

发射结反偏或零偏置,三极管就已处于截止状态.在数字

电路中,这个条件还要弱一些,只要加在发射结上的电压

小于导通电压,三极管就可以截止。 （3）饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。

（4）倒置态【2】：发射结加反向偏置电压,集电结加正向偏置电压。与BJT 的放大状态相比,相当于把集电极与发射极相互交换。

工作原理描述：当晶体管工作在有源放大区时，管内载流子运

动如右图所示。由于发射结的外加正向电压，发射区的电子向基区

扩散,形成发射极电流I E 。部分电子继续向集电结方向扩散，另一部

分电子与基区的空穴符合形成基区复合电流I BN 。由于集电结的外

加反向电压，从基区扩散来的电子很快漂移过集电结并被集电区收

集，形成集电极电流I C 。与此同时，基区自身的电子和集电区的空

穴也在反偏电压作用下产生漂移运动，形成集电结反向饱和电流

I CBO 。

3、 电学特性

（1） 电流增益

集电极电流I C 和发射极电流I E 之间的关系可以用系数来说明，定义:

通常通过改善决定发射极注入效率（?）和基区传输因子（αT ）的结构参数使电流参数得到优化。

其中，发射极注入效率（?）定义为：

（N B 是基区的掺杂浓度，N E 是发射区的掺杂浓度；D PE 是电子在发射区中的扩散系数，D NB 是少子在基区的扩散系数；W B 和W E 分别基区和发射区的宽度）

（a 为放大状态、b 为倒置状态） （BJT 工作原理图）

想要改善发射极注入效率，必须减小N B和N E的比值，因此发射区的掺杂浓度必须远大于

基区。【3】

基区传输因子（αT）定义为：

其中，是基区的少子扩散长度，D nB是少子在基区的扩散系数。

BJT的共发射极电流增益定义为集电极电流和基极电流的比值：

（2）击穿电压

在BJT器件中，击穿分为两种：雪崩击穿和穿通击穿。当基区集电区的反偏电压达到

某数值，器件内的最高电场达到临界击穿电场时，电流急剧增加，发生雪崩击穿。当基区-

集电区的反向偏置电压提高后，基区集电区的耗尽层边缘延伸至整个基区，基区电中性消失，整个基区都是高电场的耗尽区。此时，发射区的电子可以直接漂移到集电区，从而输出很大的集电极电流，发生穿通击穿。【4】

器件的雪崩击穿电压BV定义为：

其中，?是半导体材料的介电常数，N是漂移区的掺杂浓度。E C为半导体材料的临界击穿电场。

二、双极型三极管在生活中的应用

1、基于BJT的温度传感器

1）简介

基于BJT的CMOS温度传感器根据基极－发射极电压V BE的温度特性来测量溫度。由于BJT良好的温度特性，这种温度传感器可以达到很高的精度，达到了0.1°C，是目前精度最高的CMOS温度传感器。但是其普遍存在功耗过高、面积过大的问题，随着这些年的发展，这些问题已经逐步得到改善【5】。

2）温度测量原理【6】

双极型晶体管的基

极－发射极电压V BE

是一个与绝对温度成

反比（CTAT）的电压，

其斜率大约为-2mV/°C。

在不同电流偏置下的

两个相同的双极型晶

体管的基极－发射极

电压之差与绝对温度

成正比关系。

3）工作原理

（模拟前端电路原理图）

如上图所示，电路图的左半边是偏置电路，右半边是传感器核。由于电路中高増益运放和两个上拉PMOS管构成负反馈环路，可得V a=V b。电阻R bias两端的电压为V BE，在电流密度比例一定的情况下，通过调节偏置电阻R bias的大小就可以调节偏置电流I bias。图中，Q BL 的基极串联的电阻值为R bias/5，其作用是在偏置电流中引入补偿，减小传感器核输出的两个电压V BE1和V BE2受到噪声的影响，从而提高了传感器的精度。

2、利用BJT 的小型Marx 型脉冲发生器

1）简介

BJT用作开关时相较于气体开关具有易控制以及响应迅速的优点，并且它价格低廉，适用于大量生产，因此广泛应用于民用、工业、航空等各个领域【7】。由于传统开关存在体积大、寿命短及发热等问题，为了提高工作频率，半导体开关凭借其开关速度快，稳定性高等优点，成为更好的选择。利用BJT制成的小型Marx 型脉冲发生器就是其中之一。【8】

2）工作原理

BJT作为开关的Marx型脉冲发生器的特点是开关速度快，输出可调,脉冲上升沿或下降沿极短，因此可产生极强的脉冲电场冲击等。【9】BJT 集电极与发射极间雪崩击穿的过程具有快导通，快恢复，稳定性高等特点。与其他半导体开关元件相比，更适用于小型、快速、高频的Marx 脉冲发生器，能实现其他半导体无法达到的纳秒级开关速度。【10】下图所示是利用双极型三极管制成的纳秒级Marx发生器的模拟电路图。

（利用BJT的Marx发生器模拟电路图）

该发生器由级充放电回路组成，初级触发开关采用，可通过控制的导通来控制输出脉冲的频率。以9个同型号的BJT串联作为负载。该发生器体积小，工作稳定，适用于生物、医药等显微操作的场合。

三、总结

双极型三极管以其性能为优势，逐渐渗透到我们生活的各个领域。除了以上介绍的温度传感器和小型Marx发生器，BJT器件还被用来制成射极耦合逻辑器件，广泛运用于数字系统。除此之外，在现代集成技术中，还把BJT与MOSFET相结合，结合两者各自的性能特点构成BiMOS电路，获得了越来越多的应用。BJT器件具有良好的开发前景，值得学者们进行更深入的研究。

参考文献：

【1】李健，杨蕴玠，李秀芬. 电子电路中双极型三极管工作状态的判断. 2001（8）. 【2】王复亮. 晶体管的倒置工作状态及其应用. 2001（4）.

【3】Baliga BJ. “Fundamentals of Power Semiconductor Devices.” 2008.

【4】邓永辉. 4H-SiC BJT功率期间结构和特性分析. 2013（3）.

【5】杨凡. 基于BJT的温度传感器的研究与设计. 2014（5）.

【6】Fathy.O et al.”Counter Based CMOS Temperature Sensor For Low Frequency Applications”,2010（12）.

【7】李孜，张渊博. 开关用BJT的特性研究和PSPICE仿真. 2016（7）.

【8】王嘉煜,何军鹏,闫自让. Marx发生器开关击穿特性研究. 2014（3）.

【9】周丽霞.大容量输电长线可控并联补偿与潜供电弧抑制的研究. 2009.

【10】李孜,黄茨. 利用BJT开关的Marx型脉冲发生器. 2013（1）.

NPN型双极晶体管(半导体器件课程设计)

微电子器件课程设计报告 题目： NPN型双极晶体管 班级：微电0802班 学号： 080803206 姓名：李子忠 指导老师：刘剑霜 2011 年6月6日

一、目标结构 NPN 型双极晶体管 二、目标参数 最终从IV曲线中提取出包括fT和 Gain在内的设计参数. 三、在该例中将使用: （1）多晶硅发射双极器件的工艺模拟； （2）在DEVEDIT中对结构网格重新划分； （3）提取fT和peak gain. ATLAS中的解过程: 1. 设置集电极偏压为2V. 2. 用 log语句用来定义Gummel plot数据集文件. 3.用extract语句提取BJT的最大增益"maxgain"以及最大ft,"maxft". Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流 Ib与基极-发射极电压 Vbe关系图(以半对数坐标的形式). 四、制造工艺设计 4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev，浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多晶硅，淀积过后，马上进行多晶硅掺杂，掺杂为能量50ev，浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进行多晶硅栅的刻蚀（刻蚀位置在0.2um 处）此时形成N++型杂质（发射区）。刻蚀后进行多晶氧化，由于氧化是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使

用的模型将会是fermi以及compress，进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火，接着进行离子注入，注入能量18ev，浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质（基区）并作一次镜像处理即可形成完整NPN结构,最后淀积铝电极。 4.2.三次注入硼的目的： 第一次硼注入形成本征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和p+ 基极接触的connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开 p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小结构深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入,形成p+基区。 4.3.遇到的问题 经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT 用来重建网格,从而以实现整个半导体区域内无钝角三角形. 五、原胞版图和工艺仿真结果： 用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构：

第五章 FET三极管及其放大管考试试题

第五章FET三极管及其放大管 一、判断题 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。（）。 √ 场效应管放大电路和双极型三极管放大电路的小信号等效模型相同。（）× 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。（）× I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。（） × 若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（）前往 × 互补输出级应采用共集或共漏接法。( ) √ 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。( ) × I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。( ) × 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。( ) √ 与三极管放大电路相比，场效应管放大电路具有输入电阻很高、噪声低、温度稳

定性好等优点。（） √ 场效应管放大电路的偏置电路可以采用自给偏压电路。（） × 二、填空题 场效应管放大电路中，共＿＿极电路具有电压放大能力，输出电压与输入电压反 相；共＿＿极电路输出电阻较小，输出电压与输入电压同相。 源，栅 场效应管是利用＿＿电压来控制＿＿电流大小的半导体器件。 V GS（栅源电压），I D（漏极） 场效应管是＿＿＿＿控制半导体器件，参与导电的载流子有＿＿＿＿种。 电压，1 当u gs=0时，漏源间存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管。 耗尽型，增强型 场效应管具有输入电阻很＿＿＿＿、抗干扰能力＿＿＿＿等特点。 大，强 输出电压与输入电压反相的单管半导体三极管放大电路是＿＿＿＿。 共射（共源） 共源极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。 共射 共漏极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。

PNP双极型晶体管的设计

目录 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3 发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4 氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29) 11.参考文献 (30)

PNP 双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp 型双极晶体管，使T=300K 时，β=120，V CEO =15V,V CBO =80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C =5mA 。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3、设计的要求与数据 （1）了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。 （2）根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺杂浓度N E , N B , 和N C ,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命 等。 （3）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，包括集电区厚度W c ， 基本宽度W b ，发射区宽度W e 和扩散结深X jc ,发射结结深X je 等。 （4）根据扩散结深X jc ,发射结结深X je 等确定基区和发射区预扩散和再扩散的扩 散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化 时间。 （5）根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、 发射区和金属接触孔的光刻版图。

《双极型晶体管》word版

第三讲双极型晶体管 1.3 双极型晶体管 半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 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，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。 1.3.1晶体管的结构及类型 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）； 一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。 E-B间的PN结称为发射结（Je）， C-B间的PN结称为集电结（Jc）。 两种极性的双极型三极管 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。 1.3.2 晶体管的电流放大作用 双极型半导体三极管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。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。

双极型三极管的电流传输关系（动画2-1） 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为I EN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为I EP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流I CN。在基区被复合的电子形成的电流是I BN。 另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流I CBO。于是可得如下电流关系式： I E= I EN＋I EP 且有I EN>>I EP I EN=I CN+ I BN 且有I EN>> I BN，I CN>>I BN I C=I CN+ I CBO I B=I EP+ I BN－I CBO I E=I EP+I EN=I EP+I CN+I BN=(I CN+I CBO)+(I BN+I EP－I CBO)=I C+I B 以上关系在图02.02的动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。 双极型半导体三极管的电流关系 (1) 三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。

双极型晶体管介绍

双极型晶体管 晶体管的极限参数 双极型晶体管（Bipolar Transistor） 由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管。起源于1948年发明的点接触晶体三极管，50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。双极型晶体管是一种电流控制器件，电子和空穴同时参与导电。同场效应晶体管相比，双极型晶体管开关速度快，但输入阻抗小，功耗大。双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。 晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 晶体管分类：NPN型管和PNP型管 输入特性曲线：描述了在管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的关系称为输入伏安特性，可表示为：硅管的开启电压约为0.7V，锗管的开启电压约为0.3V。 输出特性曲线：描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系。可表示为： 双击型晶体管输出特性可分为三个区 ★截止区：发射结和集电结均为反向偏置。IE@0，IC@0，UCE@EC，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这个状态相当于断开状态。 ★饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控制，管子失去放大作用，U CE@0，IC=EC／RC，把三极管当作一个开关，这时开关处于闭合状态。 ★放大区：发射结正偏，集电结反偏。 放大区的特点是： ◆IC受IB的控制，与UCE的大小几乎无关。因此三极管是一个受电流IB控制的电流源。 ◆特性曲线平坦部分之间的间隔大小，反映基极电流IB对集电极电流IC控制能力的大小，间隔越大表示管子电流放大系数b越大。 ◆伏安特性最低的那条线为IB=0，表示基极开路，IC很小，此时的IC就是穿透电流ICEO。 ◆在放大区电流电压关系为：UCE=EC-ICRC, IC=βIB ◆在放大区管子可等效为一个可变直流电阻。 极间反向电流：是少数载流子漂移运动的结果。

器件物理第五章

▲双极性晶体管工作原理（结构条件，外加电压条件） 答：①右图 为理想的一维结构p-n-p双极型晶体管，具有三段不同掺杂浓度的区域，形成两个p-n结。浓度最高的p+区域称为发射区；中间比较窄的n型区域，其杂项浓度中等，称为基区，基区宽度远小于少数载流子的扩散长度；浓度最小的p型区域称为集电极区。 ②图（a）是一热平衡状态下的理想p-n-p双极型晶体管，即其三端点接在一起；或者三端点都接地，阴影区域分别表示两个PN结的耗尽区。显示三段掺杂区域的杂质浓度，发射区的掺杂浓度远比极电区大，基区的浓度比发射区低，但高于集电区浓度。图（c）表示耗尽区的电场强度分布情况。图（d）是晶体管的能带图，它只是将平衡状态下的p-n结能带直接延伸，应用到两个相邻的耦合p+—n结与n-p结 ③图（a）为工作在放大模式下的共基组态p-n-p型晶体管；即基极被输入与输出电路所共用，图（b）与图（c）表示偏压状态下电荷密度与电场强度分布的情形，与热平衡状态下比较，射基结的耗尽区宽度变窄，而集基结耗尽区宽度变宽。图（d）是晶体管工作在放大模式下的能带图，射基结为正向偏压，因此空穴由p+发射区注入基区，而电子由基区注入发射区。▲推导双晶体管理想电流，电压方程中五点假设及其具体推导过程。为什么基区少数载流子分布可近似为一条直线？ 答：为推导出理想晶体管的电流，电压表示式，需作下列五点假设： ⑴晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； ⑵基区中的空穴漂移电流和集基极反向饱和电流可以忽略； ⑶载流子注入属于小注入； ⑷耗尽区中没有产生一复合电流； ⑸晶体管中无串联电阻。 假设在正向偏压的状况下空穴由发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的方式穿过基区到达集基结，一旦确定了少数载流子的分布（n区域中的空穴），就可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。_____________________________________________________。 即少数载流子分布趋近于一直线。此近似是合理的，因为在晶体管的设计中基极区域的宽度远远小于少数载流子的扩散长度。如图可见，由线性载流子分布的合理假设可化简电流-电压特性的推导过程。 ▲什么叫小信号工作？跨导，输入电导和输出电导的定义及其表达式。答：小信号意指交流电压和电流峰值小于直流的电压电流值。 跨导：________________________；输入电导：_________________________；输出电导：_______________。 ▲双极晶体管的截止频率定义。共基极截止频率、共射极截止频率之间的相互关系特征频率的表达式。 答截止频率：如右图中，跨导 m g和输入电导 EB g与晶体管的共基电流增益 有关。在低频时，共基电流增益是一个固定值，不会因工作频率而改变，然而当频率升高到一关键点后，共基电流增益会降低。右下图是一典型的共基电流增益相对于工作频率的示意图。加入频率的参量后，共基电流增 益为___________。其中 α是低频（或者直流）共基电流增益， α f是共基 的截止频率，当工作频率 α f f=时，α的值为0.707 α（下降3dB）。右图也显示了共射电流增益，由上式可得________________________。其 中 β f称为共射截止频率_____。 由于1 ≈ α，所以 β f远远小于 α f。另外，一截止频率 T f（又称特征频率）

双极型晶体管复习重点

7.突变结近似：认为从中性半导体区到空间电荷区的空间电荷密度有一个突然的不连续。 内建电势差：热平衡状态下pn结内p区与n区的静电电势差。 耗尽层电容（势垒电容、结电容）：反向偏置下pn结的电容。 耗尽区（空间电荷区）：冶金结两侧由于n区内施主电离和P区受主电离而形成的带净正电荷与负电的区域。 冶金结：pn结内p型掺杂与n型掺杂的分界面。 单边突变结：冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。 反偏：pn结的n区相对于p区加正电压，从而使p区与n区之间的势垒大小超过热平衡状态时势垒的大小。 空间电荷区宽度：空间电荷区延伸到P区与n区内的距离，它是掺杂浓度与外加电压的函数。 变容二极管：电容随着外加电压的改变而改变的二极管。 线性缓变结：冶金结两侧的掺杂浓度可以由线性分布近似的pn结。 8.雪崩击穿：电子或空穴穿越空间电荷区时，与空间电荷区内原子的电子发生碰撞产生电子空穴对，在pn结内形成一股很大的反偏电流，这个过程称为雪崩击穿。 Avalanche breakdown：the process whereby a large reverse-bias pn junction current is created due to the generation of electron-hole pairs by the collision of electron an holes with atomic electrons within the space charge region. 齐纳击穿：重掺杂PN结，随着结上反偏电压的增大，可能使P区价带顶高于n区导带底，p区价带的电子可通过隧穿效应直接穿过禁带到达n区导带，成为导电载流子，当结上反偏

PNP双极型晶体管课程设计

pnp双极型晶体管课程设计学生姓名馥语甄心

目录 1.设计任务及目标......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总结....................................................................................P14 7.工艺步骤.................................................................................P14 7.1清洗....................................................................................................P15 7.2氧化工艺............................................................................................P15

第五章FET三极管及其放大管考试试题及答案

第五章FET三极管及其放大管考试试题及答案一、判断题 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。（）。 √ 场效应管放大电路和双极型三极管放大电路的小信号等效模型相同。（）× 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。（）× I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。（） × 若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（）前往 × 互补输出级应采用共集或共漏接法。() √ 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。() × I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。()

× 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。() √ 与三极管放大电路相比，场效应管放大电路具有输入电阻很高、噪声低、温度稳 定性好等优点。（） √ 场效应管放大电路的偏置电路可以采用自给偏压电路。（） × 二、填空题 场效应管放大电路中，共＿＿极电路具有电压放大能力，输出电压与输入电压反 相；共＿＿极电路输出电阻较小，输出电压与输入电压同相。源，栅 场效应管是利用＿＿电压来控制＿＿电流大小的半导体器件。 V GS（栅源电压），I D（漏极） 场效应管是＿＿＿＿控制半导体器件，参与导电的载流子有＿＿＿＿种。 电压，1 当u gs=0时，漏源间存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管。

耗尽型，增强型 场效应管具有输入电阻很＿＿＿＿、抗干扰能力＿＿＿＿等特点。 大，强 输出电压与输入电压反相的单管半导体三极管放大电路是＿＿＿＿。 共射（共源） 共源极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。共射 共漏极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。共集 图所示场效应管的转移特性曲线，由图可知，该管的类型是＿＿＿＿沟道＿＿＿＿MOS管。 耗尽型,N沟道 下图中的FET管处于＿＿＿＿工作状态。 截止

PNP双极型晶体管的设计之欧阳家百创编

目录 欧阳家百（2021.03.07） 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选

择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29)

11.参考文献 (30) PNP双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，β=120，V CEO=15V,V CBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C=5mA。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3、设计的要求与数据

PNP双极型晶体管的设计

目录 １、课程设计目得与任务 (2) ２、设计得内容 (2) 3.设计得要求与数据 (2) 4、物理参数设计 (3) ４、1 各区掺杂浓度及相关参数得计算 (3) 4、2 集电区厚度Wc得选择 (6) 4、3 基区宽度WB (6) ４、4 扩散结深...........................................................................１0 4、5 芯片厚度与质量 (10) 4、6 晶体管得横向设计、结构参数得选择…………………………………1０ 5、工艺参数设计 (11) 5、１工艺部分杂质参数 (11) ５、2 基区相关参数得计算过程......................................................１1 5、3 发射区相关参数得计算过程 (13) ５、4 氧化时间得计算 (1) ４ 6、设计参数总结…………………………………………………………………１６ 7、工艺流程图 (17) 8、生产工艺流程…………………………………………………………………1９ 9、版图 (28) 1０、心得体会..............................................................................2９11、参考文献 (30) PNＰ双极型晶体管得设计 1、课程设计目得与任务 《微电子器件与工艺课程设计》就是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》与《半导体物理》理论课之后开出得有关微电子器件与工艺知识得综合应

用得课程，使我们系统得掌握半导体器件,集成电路，半导体材料及工艺得有关知识得必不可少得重要环节。 目得就是使我们在熟悉晶体管基本理论与制造工艺得基础上,掌握晶体管得设计方法。要求我们根据给定得晶体管电学参数得设计指标,完成晶体管得纵向结构参数设计→晶体管得图形结构设计→材料参数得选取与设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数得检测方法等设计过程得训练,为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要得基础。 2、设计得内容 设计一个均匀掺杂得pnp型双极晶体管,使T=300K时,β=120,Ｖ CEO ＝1５ Ｖ,V CBO =80V、晶体管工作于小注入条件下,最大集电极电流为Ｉ C =5mA。设计时应 尽量减小基区宽度调制效应得影响。 ３、设计得要求与数据 （1)了解晶体管设计得一般步骤与设计原则。 (2)根据设计指标设计材料参数,包括发射区、基区与集电区掺杂浓度N E , N B , 与N C ，根据各区得掺杂浓度确定少子得扩散系数,迁移率,扩散长度与寿命 等。 （3）根据主要参数得设计指标确定器件得纵向结构参数，包括集电区厚度Ｗ c ， 基本宽度Ｗ b ,发射区宽度Ｗ e 与扩散结深X ｊc ，发射结结深Ｘ je 等。 （4）根据扩散结深X jc ，发射结结深Ｘ je 等确定基区与发射区预扩散与再扩散得 扩 散温度与扩散时间；由扩散时间确定氧化层得氧化温度、氧化厚度与氧化时间。 （5）根据设计指标确定器件得图形结构,设计器件得图形尺寸，绘制出基区、发射区与金属接触孔得光刻版图。 (6)根据现有工艺条件,制定详细得工艺实施方案。 4、物理参数设计

第五章 MOS场效应晶体管

第五章 MOS 场效应晶体管 § 5.1 MOS 场效应晶体管的结构和工作原理 1．基本结构 上一章我们简单提到了金属－半导体场效应晶体管（即MESFET ），它的工作原理和JEFET 的工作原理有许多类似之处。如果在金属－半导体结之间加一层氧化物绝缘层（如SiO 2）就可以形成另一种场效应晶体管，即金属－氧化物－半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ，缩写MOSFET ），如图所示（P172）。 MOS 管主要是利用半导体表面效应而制成的晶体管，参与工作的只有一种载流子（即多数载流子），所以又称为单极型晶体管。在双极型晶体管中，参加工作的不仅有多数载流子，也有少数载流子，故称为双极型晶体管。 本章主要以金属―SiO 2―P 型Si 构成的MOS 管为例来讨论其工作原理。器件的基 本参数是：沟道长度L （两个N P +结间的距离）；沟道宽度Z ；氧化层厚度x 0；漏区和源区的结深x j ；衬底掺杂浓度N a 等。 MOS 场效应晶体管可以以半 导体Ge 、Si 为材料，也可以用化 合物GaAs 、InP 等材料制作，目 前以使用Si 材料的最多。MOS 器 件栅下的绝缘层可以选用SiO 2、 Si 3N 4和Al 2O 3等绝缘材料，其中 使用SiO 2最为普遍。 2．载流子的积累、耗尽和反型 （1）载流子积累 我们先不考虑漏极电压V D ，将源极和 衬底接地，如图所示。如果在栅极加一负 偏压（0G V ），就将产生由栅极指向衬底的垂直电场。在此电

双极型晶体管测试参数总结

Cc 集电极电容 Ccb 集电极与基极间电容 Cce 发射极接地输出电容 Ci 输入电容 Cib 共基极输入电容 Cie 共发射极输入电容 Cies 共发射极短路输入电容 Cieo 共发射极开路输入电容 Cn 中和电容（外电路参数） Co 输出电容 Cob 共基极输出电容。在基极电路中，集电极与基极间输出电容 Coe 共发射极输出电容 Coeo 共发射极开路输出电容 Cre 共发射极反馈电容 Cic 集电结势垒电容 CL 负载电容（外电路参数） Cp 并联电容（外电路参数） BVcbo 发射极开路，集电极与基极间击穿电压 BVceo 基极开路，CE结击穿电压 BVebo 集电极开路EB结击穿电压 BVces 基极与发射极短路CE结击穿电压 BV cer 基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压 D 占空比 fT 特征频率 fmax 最高振荡频率。当三极管功率增益等于1时的工作频率 hFE 共发射极静态电流放大系数 hIE 共发射极静态输入阻抗 hOE 共发射极静态输出电导 h RE 共发射极静态电压反馈系数 hie 共发射极小信号短路输入阻抗 hre 共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe 共发射极小信号短路电压放大系数 hoe 共发射极小信号开路输出导纳 IB 基极直流电流或交流电流的平均值 Ic 集电极直流电流或交流电流的平均值 IE 发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo 基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反Iceo 发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Iebo 基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反Icer 基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射Ices 发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Icex 发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射ICM 集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。 IBM 在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电

PNP双极型晶体管课程设计

pnp双极型晶体管课程设计 学生馥语甄心

目录 1.设计任务及目标......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总

第五章 MOS场效应晶体管

第五章 MOS 场效应晶体管 § 5.1 MOS 场效应晶体管的结构和工作原理 1．基本结构 上一章我们简单提到了金属－半导体场效应晶体管（即MESFET ），它的工作原理和JEFET 的工作原理有许多类似之处。如果在金属－半导体结之间加一层氧化物绝缘层（如SiO 2）就可以形成另一种场效应晶体管，即金属－氧化物－半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ，缩写MOSFET ），如图所示（P172）。 MOS 管主要是利用半导体表面效应而制成的晶体管，参与工作的只有一种载流子（即多数载流子），所以又称为单极型晶体管。在双极型晶体管中，参加工作的不仅有多数载流子，也有少数载流子，故称为双极型晶体管。 本章主要以金属―SiO 2―P 型Si 构成的MOS 管为例来讨论其工作原理。器件的基本参数是：沟道长度L （两个N P +结间的距离）；沟道宽度Z ；氧化层厚度x 0；漏区和源区的结深 x j ；衬底掺杂浓度N a 等。 MOS 场效应晶体管可以以半导体Ge 、Si 为材料，也可以用化合物GaAs 、InP 等材料制作，目前以使用Si 材料的最多。MOS 器件栅下的绝缘层可以选用SiO 2、Si 3N 4和Al 2O 3等绝缘材料，其中使用SiO 2最为普遍。 2．载流子的积累、耗尽和反型 （1）载流子积累 我们先不考虑漏极电压V D ，将源极和衬底接地，如图所示。如果在栅极加一负偏压（0G V ），就将产生由栅极指向衬底的垂直电场。在此电

双极型晶体管及其在生活中的应用(精)

双极型三极管及其在生活中的应用 一、双极型三极管的介绍 1、类型与结构 双极型三极管 (Bipolar Junction Transistor, BJT称为半导体三极管、晶体半导体等,是一种重要的三端子电子器件。它是由贝尔实验室 (Bell Laboratory 的一个研究团队在 1947年发明的。虽然如今 MOSFET 已经成为应用最广泛的电子器件,但是BJT 仍然在汽车电子仪器、无线系统频射电路等领域具有一定的优越性。 双极型三极管(BJT 是一种电流控制器件。它由两个背靠背 PN 结构成, 是具有电流放大作用的晶体三极管, 。它有三个电极, 每个电极伸出一个引脚, 由电子和空穴同时参与导电。 BJT 常见的晶体管外形如右图所示。

在一个硅片或锗片上生成三个半导体区域:一个 P 区夹在两个 N 区中间的称为NPN 型管;一个 N 区夹在两个 P 区之间的称为 PNP 型管。它们的电路符号和结构图如下图所示。 (NPN 型管的结构模型图 (A 为 NPN 晶体管、 B 为 PNP 晶体管 三个杂质半导体区域分别为:基区、发射区、集电区。它们的特点是:基区很薄,空穴浓度较小; 发射区与基区的接触面较小, 高掺杂; 集电区与基区的接触面较大。

从三个区域中分别引出三个电极:基极(B 、发射极(E 、集电极(C 。三个杂志半导体区域之间两两形成了 PN 结。其中发射区和基区间形成发射结,集电区和基区间形成集电结。上图所示是 NPN 型管的结构模型图。 2、工作原理 BJT 的工作模式有三:共射极放大、共基极放大、共集极放大。其中最常见的是共发射极工作模式。 当 BJT 中两个 PN 结偏置条件不同时, BJT 将呈现不同的工作状态【 1】 : (1 放大区:发射结正偏且大于开启电压, 集电结反偏。 (2截止区:发射结和集电结均为反向偏置。其实只要发射结反偏或零偏置 , 三极管就已处于截止状态 . 在数字电路中 , 这个条件还要弱一些 , 只要加在发射结上的电压小于导通电压 , 三极管就可以截止。 (3饱和区:发射结和集电结均为正向偏置。 (4倒置态【 2】 :发射结加反向偏置电压 , 集电结加正向偏置电压。与 BJT 的放大状态相比 , 相当于把集电极与发射极相互交换。 工作原理描述:当晶体管工作在有源放大区时,管内载流子运动如右图所示。由于发射结的外加正向电压,发射区的电子向基区扩散 , 形成发射极电流 I E 。部分电子继续向集电结方向扩散, 另一部分电子与基区的空穴符合形成基区复合电流 I

实验一双极型晶体管特性参数测量

实验一、双极型晶体管(BJT)特性参数测量 一、实验设备 (1)半导体管特性图示仪(XJ4810A 型),(2)BJT 晶体管(S9014、S8050、S8550), (3)二极管(1N4001) 二、实验目的 1、熟悉 BJT 晶体管特性参数测试原理; 2、掌握使用半导体管特性图示仪测量 BJT 晶体管特性参数的方法; 3、学会利用手册的特性参数计算 BJT 晶体管的混合π型EM1 模型参数的方 法。 三、实验仪器介绍: XJ4810型/XJ4810A型半导体管特性图示仪采用示波管显示半导体器件的各种特性曲线,并测量其静态参数。本仪器具有二簇曲线显示,双向集电极扫描电路,可以对被测半导体器件的特司长进行对比分析,便于对管或配件配对。本仪器IR测量达200nA/div,配备扩展装置后,VC可达3KV;可测试CMOS及TTL 门电路传输特性;可对场效应管进行配对或对管测试;可测试三端稳压管特性。 图1为XJ4810A型晶体管测试仪图片 四、BJT 晶体管特性参数测试原理 晶体管的输出特性曲线如图1所示,这就是一组曲线族,对于其中任一条曲线,相当于Ib =常数(即基极电流Ib不变)。曲线显示出集电极与发射极之间的电压Vcc增加时,集电极电流Ic的变化。因此,为了显示一条特性曲线,可以采用如图2所示的方法,既固定基极电流Ib为: Ib=(Eb-Vbe)/Rb

在集电极到发射极的回路中,接入一个锯齿波电压发生器Ec与一个小的电阻Rc,晶体管发射极接地。由于电阻R很小,锯齿波电压实际上可以瞧成就是加在晶体管的集电极与发射极之间。晶体管的集电极电流从电阻Rc上流过,电阻Rc上的电压降就正比于Ic。如果把晶体管的c、e两点接到示波管的x偏转板上,把电阻Rc两端接到示波管的y偏转板上,示波器便显示出晶体管的Ic随Vcc变化的曲线。(为了保证测量的准确性,电阻Rc应该很小)。用这种方法只能显示出一条特性曲线,因为此时晶体管的基极电流Ib就是固定不变的。如果要测量整个特性曲线族,则要求基极电流Ib改变。基极电流Ib的改变采用阶梯变化,每一个阶梯维持的时间正好等于作用在集电极的锯齿波电压的周期,如图3所示。阶梯电压每跳一级,电流Ib 便增加一级。(每一级阶梯的增幅可根据不同的晶体管的做相应的调整)。 晶体管特性图示仪便就是按照上述原理设计的,它包括阶梯电压发生器(供基极或发射极阶梯波)、锯齿波电压发生器(供集电极扫描电压)、x轴放大器、y轴放大器、示波管系统等组成,其单元作用如图4所示。作用在垂直偏转板上的除Ic(实际上就是IcRc)外,还可以就是基极电压、基极电流、外接或校正电压。由于x轴与y轴作用选择的不同,在示波器荧光屏上显示出的特性就完全不同。例如:若x轴作用为集电极电压,y轴作用选择集电极电流,得到晶体管的输出特性曲线;若x轴作用为基极电流,y轴作用选择集电极电流,得到晶体管的电流增益特性(即β特性);若y轴作用为基极电流,x轴作用就是基极电流,得到晶体管的输入特性曲线。 五、BJT 晶体管特性参数测试过程 为了不使被测晶体管与仪器损坏,在测试前必须充分了解仪器的使用方法与晶体管的规格,测试中,在调整仪器的各个选择开关与转换量时,必须注意使加于被测晶体管的电压、电流(并配合功耗电阻)从低量程漫漫提高,直到满足测量要求。(不然会烧) 以XJ4810A型晶体管特性曲线图示仪为例,仪器操作程序如下: 1、开启电源,预热5分钟。 2、调整示波器: (1)拉—电源开。 (2)调整辉度到适中的亮度; (3)调整聚焦与辅助聚焦,使线迹清晰。 (4)调整x、y移位,使光点停留在适于观察的位置。 3、基极控制面板调节(阶梯调零与极性选择) 首先根据被测晶体管的类型(npn或pnp)及接地方式(共基极或共发射极)选取阶梯极性npn pnp 发射极接地 + —基极接地然后进行阶梯调零(即调整阶梯信号的起始级在零电位的位置):先将y轴作用置于“基极电流或基极电源电压”,阶梯选择置于0、01V/级,阶梯作用为“重复”,x轴作用置于集电极电压(V/度)。调峰值电压为10V,这时荧光屏上出现阶梯信号。 将y轴放大器校正置于“零点”位置,调y轴移位,使基线位于零线上;再将校正复位,使阶梯信号零位