双极晶体管-1-清华大学半导体物理.pdf

Bipolar Junction Transistors 双极晶体管 Introduction Three basic transistors: •Bipolar transistors •MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistors) •JFET(Junction field effect transistors) Bipolar junction transistors 1)Bipolar: electrons holes 2) Junction: 2 pn junctions 3)Basic principle: ambipolar transport theory Difference between BJT and MOSFET: •工作的核心结构： BJT: 两个pn结； MOSFET: 沟道。 • 参与工作的载流子： BJT: 电子和空穴； MOSFET: 电子或空穴。 BJTs: 2 juctions, 3 terminals. Essentially，BJTs are voltage controlling current sources. 哪两端的电压控制哪个电流？如何控制？ 发射极作为载流子的源，形成电流（流向集电极的 粒子流），在电流流经的途中加入基极（控制 极），实现对电流的控制。 例如： Structure 1) The integrated npn transistor is fabricated in a n well for isolation. 2) Buried n+ layer is used to provide low resistance path from collector to top contact. 3) Asymmetry （doping and junction area ） 电路符号： Kirchhoff’s voltage current laws Analog Two common circuit configurations • Common base configuration • Common emitter configuration Different input signal Four different biasing modes: Two applications: Anolog circuits Digital circuits 双极晶体管理论的发展历史： • 1949年，Shockly发表结型晶体管基本理论（均匀 基区晶体管理论）； • 1953年，Kyoemer发表缓变基区（漂移型）晶体管 理论；（提高频率特性） • 1956年，Moll Ross发表基区杂质任意分布的晶 体管理论； • 1957年，Fletcher提出大注入结定律； • 1962年，Kirk提出有效基区扩展效应。 • 1954年，Ebers Moll发表大信号E-M模型； • 1957年，Beaufoy Sparks发表电荷控制模型。 Chapter 9 Static characteristics of bipolar junction transistors 目 标： • 定性了解双极晶体管的基本工作原理 • 定量分析双极晶体管中载流子的分布和电流的成分 • 影响双极晶体管性能的因素 • 非理想效应 • 双极晶体管的基本模型 • 了解先进双极晶体管 基础： pn结理论 • 从实际器件到基本模型 • How to achieve control of current ? Current control means —— establishing correlation between base current (IB )and collector current (IC). • How about a thick base region