雙極晶體管工藝流程

1.襯底:NPN雙極晶體管的基礎(chǔ)是p摻雜(硼)硅襯底，上面沉積了厚氧化層（600 nm）。

2.埋層注入：氧化物作為注入屏蔽層。由于使用了摻雜劑銻 (Sb)，其擴(kuò)散系數(shù)低于磷，因此摻雜劑不會(huì)在后續(xù)工藝中擴(kuò)散太多。高 n + 摻雜的掩埋集電極用作集電極端口的低電阻接觸表面。

3. 同質(zhì)外延：在外延過(guò)程中，高阻抗（低n?摻雜）集電極沉積層（10微米）。

4. 基極注入：引入 p 摻雜基極，隨后的擴(kuò)散步驟擴(kuò)大了其尺寸。

5. 發(fā)射極和集電極注入：用磷引入了高度 n+ 摻雜的發(fā)射極和集電極結(jié)。

6. 金屬化和光刻：在濺射工藝中沉積鋁用于接觸，并在其頂部形成抗蝕劑層。

7. 蝕刻：最后，發(fā)射極、基極和集電極的連接器采用各向異性的干法蝕刻工藝構(gòu)建。

雙極晶體管的基本結(jié)構(gòu)由兩個(gè) PN 結(jié)組成，產(chǎn)生三個(gè)連接端子，每個(gè)端子都有一個(gè)名稱，以將其與其他兩個(gè)端子區(qū)分開來(lái)。這三個(gè)端子是已知的，分別標(biāo)記為發(fā)射器（E）、基極（B）和集電極（C）。

雙極晶體管是一種電流調(diào)節(jié)器件，它控制從發(fā)射極流過(guò)集電極端子的電流量，與施加到其基極的偏置電壓量成比例，因此其作用類似于電流控制開關(guān)。由于流入基極的小電流控制著更大的集電極電流，因此形成了晶體管動(dòng)作的基礎(chǔ)。

PNP 和 NPN 兩種晶體管的工作原理完全相同，唯一的區(qū)別在于它們的偏置和每種類型的電源極性。

上面給出了PNP和NPN雙極晶體管的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)，電路符號(hào)中的箭頭始終顯示基極和發(fā)射極之間的“常規(guī)電流”方向。對(duì)于兩種晶體管類型，箭頭的方向始終從正 P 型區(qū)域指向負(fù) N 型區(qū)域，與標(biāo)準(zhǔn)二極管符號(hào)完全相同。

雙極晶體管配置

由于雙極晶體管是三端器件，因此在電子電路中基本上有三種可能的連接方式，其中一個(gè)端子是輸入和輸出信號(hào)的公共端子。由于晶體管的靜態(tài)特性隨電路布置而變化，因此每種連接方法對(duì)其電路中的輸入信號(hào)的響應(yīng)都不同。

通用基本配置 – 具有電壓增益，但沒(méi)有電流增益。

共發(fā)射極配置 – 具有電流和電壓增益。

通用集電極配置 – 具有電流增益，但沒(méi)有電壓增益。

我們以npn晶體管為例，其中集電極電位高于發(fā)射極電位，基極電位大約比發(fā)射極電位高0.7 V。換言之，基極-發(fā)射極結(jié)是正向偏置的，而基極-集電極結(jié)是反向偏置的。

當(dāng)基極-發(fā)射極結(jié)正向偏置時(shí)，小電流流入基極，將空穴注入p摻雜基極區(qū)域。這降低了基極和發(fā)射極之間的能量勢(shì)壘，允許發(fā)射極中的一些自由電子擴(kuò)散到基極。由于發(fā)射極和基極之間的雜質(zhì)濃度不同，與擴(kuò)散電子相比，基極中的空穴數(shù)量很少。此外，基極非常薄。由于電子的數(shù)量大于空穴的數(shù)量，并且它們?cè)诨鶚O中存在的時(shí)間很短，因此大多數(shù)擴(kuò)散電子到達(dá)基極-集電極結(jié)并流入集電極而不會(huì)復(fù)合。這是集電極電流。

直流電流增益 hFE主要由基極和發(fā)射極之間雜質(zhì)濃度的差異和基極寬度的厚度決定。BJT是一種集電極電流可以由基極電流控制的器件。

接下來(lái)，我們來(lái)考慮pnp晶體管。假設(shè)集電極電位低于發(fā)射極電位，基極電位比發(fā)射極電位低約0.7 V。在pnp晶體管的情況下，電子被注入n摻雜的基區(qū)。這降低了能量勢(shì)壘，并允許一些空穴從發(fā)射器擴(kuò)散出來(lái)。其中一些空穴與注入基區(qū)的電子重新結(jié)合。剩余的空穴擴(kuò)散到基底區(qū)域，到達(dá)收集器。