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雙極型晶體管

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1 雙極型晶體管 -雙極型晶體管

 

2 雙極型晶體管 -正文

  電子和空穴兩種載流子都起作用的晶體管,又稱結型晶體管。1948年,人們發現原始的點接觸晶體管具有放大作用,但由於金屬絲與晶體表面的接觸很不可靠,因此使用受到很大限制。1950年,用切克勞斯基法拉出鍺單晶,接著又拉出硅單晶。1951年發展鍺的區域提純技術和硅的無坩堝區域提純技術,獲得純度達99.999999%的鍺、硅單晶。在PN結理論發展的基礎上,加上鍺材料、硅材料製備技術的進展,1951年用合金法製成合金結晶體管。1955年雜質向半導體中擴散的新技術得到發展,1956年製成擴散型晶體管,使晶體管的工作頻率提高兩個數量級。1959年硅表面熱生長二氧化硅工藝和光刻技術的發展,促使1960年研製成功平面型晶體管。由於晶體管表面有了鈍化層,使器件的穩定性大為提高。平面技術為集成電路和大規模集成電路的研究打下基礎。
  基本結構  雙極型晶體管有兩種基本結構;PNP型和NPN型(圖1),由兩個背靠背的PN結組成。在這三層半導體中,中間一層叫基區(B),左右兩層分別叫發射區(E)和集電區(C)。發射區和基區間形成發射結,集電區和基區間形成集電結。晶體管按功率耗散能力大小可分為小功率管、中功率管、大功率管。按工作頻率的高低可分為低頻管、高頻管、微波管。按製造工藝又可分為合金管、合金擴散管、台式管、外延平面管(圖2)。合金管的基區寬度和結電容都較大,頻率性能差,一般僅用於低頻電路。合金擴散管的基區由擴散形成,基區較薄,基區雜質分佈所形成的內建場能加速少數載流子渡越,因此它的頻率特性較好,可用於高頻範圍。外延平面管的基區和發射區都可用擴散或離子注入工藝形成,基區寬度可精確控制到 0.1微米。採用電子束曝光、干法腐蝕等新工藝可獲得亞微米的管芯圖形線條。因此,它的工作頻率可從超高頻一直延伸到微濾 X波段。外延平面管加上摻金工藝可製成超高速開關管和各種高速集成電路(如ECL電路)。

雙極型晶體管雙極型晶體管
 
雙極型晶體管雙極型晶體管

  放大作用  對於 NPN晶體管共發射極電路,若在發射結上加正偏壓,在集電結上加負偏壓,則晶體管處於放大狀態。從基極注入1毫安的電流IC,在集電極就可獲得幾十毫安的輸出電流ICIC/IC稱為共發射極電流放大係數β,一般在10~200之間。由於晶體管的輸出阻抗遠大於輸入阻抗,輸出電流又遠大於輸入電流,因此共發射極晶體管具有很強的電壓放大和功率放大能力。在高頻工作時,如果使晶體管的外接網路阻抗分別與晶體管的輸入、輸出阻抗匹配,則可獲得最佳功率增益。根據電路的工作需要,晶體管還可接成共基極或共集電極形式。
  應用  雙極型晶體管比電子管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高、已逐步取代電子管。雙極型晶體管已廣泛用於廣播、電視、通信、雷達、電子計算機、自動控制裝置、電子儀器、家用電器等各個領域。
  雙極型微波低雜訊管廣泛用於雷達接收機、地面移動通信設備、航空電台、微波接力通信和遙控遙測設備。高速開關晶體管用於高速計算機的邏輯運算單元。高壓大功率台式雙極型功率管是電視機行掃描電路和電源電路的關鍵器件。在超低頻通信、醫用電子儀器中大量使用超低頻低雜訊晶體管。雙極型微波功率晶體管用於相控陣遠程預警雷達、微波通信發射機、通信衛星和氣象衛星的發射部件中。
  發展趨勢  硅晶體管的實際頻率特性已經接近設計極限。為進一步提高雙極型晶體管的工作頻率,發展了異質結雙極型三極體。採用異質結新結構,可利用高電子遷移率的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體製成雙極型晶體管,這是雙極型晶體管製造技術的一次重大變革。
  參考書目
 陳星弼、唐茂成編:《晶體管原理》,國防工業出版社,北京,1981。

 

3 雙極型晶體管 -配圖

 

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