晶体管的基本概述
晶体管是一种多结半导体器件，当与其他电路元件组合时，可以产生电流增益、电压增益和信号功率增益。所以晶体管叫有源器件，二极管叫无源器件。晶体管的基本工作模式是当电压施加在晶体管上时，控制另一端的电流。有两种主要类型的晶体管：双极晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。双极结型晶体管——BJT，作为晶体管的两大主要类型之一，又称为半导体三极管和晶体三极管。它由两个PN结组成，两种载流子参与传导。它是一种电流控制的电流源器件。晶体管主要用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。
晶体管的分类
根据晶体管扩散区半导体材料的不同，可分为NPN晶体管和PNP晶体管，如图1所示。三极管有三个不同掺杂的扩散区和两个PN结。这三个端子分别称为发射极E(发射极)、基极B(基极)和集电极C(集电极)。发射极区和基极区之间形成的PN结称为发射极结，集电极区和基极区之间形成的PN结称为集电极结。晶体管电路符号中箭头的方向代表PN结的方向(即发射极的电流方向)。
晶体管结构示意图(以NPN晶体管为例)
用平面工艺制作的NPN硅晶体管的结构如图2所示。该器件的底层是高掺杂的N型硅片作为衬底层，然后生长低掺杂的N型外延层，通过一次氧化在外延层上生长SiO2 _ 2氧化层。采用一次光刻在二氧化硅氧化层上刻蚀出硼扩散区，然后进行硼扩散，一般分为预沉积和再分布扩散两步。在硼扩散形成晶体管的P型基极区之后，进行二次光刻和磷扩散以形成高掺杂的N型发射极区。最后光刻引线孔，通过金属化(Al)和反蚀刻引出基极和发射极，最后用背合金形成集电极。
晶体管中间的p区叫基区，很薄，杂质浓度低；上层的N区是高掺杂浓度的发射极区。下层N和N掺杂的N区是大面积的集电极区。因此，晶体管是非对称器件，并且该器件的外部特性与三个区域的上述特性密切相关。
晶体管工作原理详解(以NPN晶体管为例)
根据晶体管集电极结和发射极结的偏置，NPN晶体管有四个工作范围，如表1所示。
正向放大区(或简称放大区):当发射极结正向偏置，集电极结反向偏置时，晶体管工作在放大区。大多数双极晶体管的设计目标是在正向放大区获得最大的共发射极电流增益。当晶体管工作在这个区域时，集电极-发射极电流与基极电流近似成线性关系。由于电流增益的原因，当基极电流受到轻微扰动时，集电极-发射极电流会发生显著变化。
反向放大区：当发射极结反向偏置，集电极结正向偏置时，晶体管工作在反向放大区。此时发射区和集电区的作用正好与正向放大区相反，但由于集电区的掺杂浓度低于发射区，反向放大区产生的放大效应小于正向放大区。而大部分双极晶体管的设计目标都是尽可能获得最大的正向放大电流增益，所以这种工作模式在实际中几乎不被采用。
饱和区：当发射极结和集电极结正向偏置时，晶体管工作在饱和区。此时，晶体管从发射极到集电极的电流达到最大值。即使bas
截止区：当发射极结和集电极结反向偏置时，晶体管工作在截止区。在这种工作模式下，输出电流很小(低功耗硅晶体管小于1微安，锗晶体管小于几十微安)，在逻辑器件中可以用来表示低电平。
正向放大区：内部载流子运动的详细解释
晶体管的放大作用是小基极电流可以控制大集电极电流。如下图3所示，从晶体内部载流子的运动与外部电流的关系做进一步分析。
在发射极结上加直流电压，通过扩散形成发射极电流IE。
发射极结加直流电压，发射区杂质浓度高，大量自由电子由于扩散运动穿过发射极结到达基区。同时空穴也从基区向发射区扩散，但由于基区杂质浓度低，空穴形成的电流很小，近似分析时可以忽略。可以看出，扩散运动形成了发射极电流IE。
扩散到基极区的自由电子和空穴的复合运动形成基极电流IB。
由于基区很薄，杂质浓度很低，在集电极结上加反向电压，只有少数扩散到基区的电子与空穴结合，其余的作为基区非平衡少数载流子到达集电极结。因为电源VBE的作用，电子和空穴的复合运动会继续，形成基极电流IB。
反向电压施加于集电极结，集电极结漂移形成集电极电流IC。
由于集电极结被施加反向电压，其结面积大，基区不平衡的少数载流子在外电场的作用下穿过集电极结到达集电极区，形成漂移电流。同时，集电区和基区之间的平衡少数载流子也参与了漂移运动，但其数量很少，在近似分析中可以忽略。可以看出，在集电极电源VCB的作用下，漂移运动形成集电极电流IC。
晶体管特性曲线
晶体管的输入特性曲线如图4所示。当UCE=0时，相当于集电极和发射极之间短路，即发射极结与集电极结并联。因此，输入特性曲线类似于PN结的伏安特性，呈指数关系。当UCE增加时，曲线将向右移动。对于低功率晶体管，UCE大于1V的输入特性曲线可以近似所有UCE大于1V的输入特性曲线。晶体管的输出特性曲线如图5所示。对于每个确定的IB，都有一条曲线，因此输出一系列特性曲线。截止区：发射极结电压小于导通电压，集电极结反向偏置。放大区：发射极结正向偏置，集电极结反向偏置。饱和区：发射极结和集电极结都正向偏置。
图像小部件
审计唐子红
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