微电子器件与IC设计基础_第三章_双极晶体管_第一讲

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引子

PN结一方程

PN结有此方程，要是一边的输入是JN/JP，另一边的输出是JP/JN，那么就有了稳定的放大特性不是吗？可惜的是PN结每一个端口都是既有电子电流又有空穴电流流过。

于是思考如何才能将JN与JP分开到两不同端口，从而得到放大特性。

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在开始之前先讲学习一个电子器件究竟要关注它的哪些方面？老师给出了如下解答，很受用

学习器件最重要的几个方面：

1.器件的结构：

a.器件由哪些半导体区域按什么样的方式构成

b.每个区域的杂质分布是什么样的

2.工作原理：主要是载流子是如何输运的，这样的输运会导致器件什么样的特性

3.参数和模型：比如晶体管的直流电流增益系数α/β

就像高中学化学时说的，结构决定特性，先了解结构，之后知道工作原理，最后变成电路学的理想模型（即数学建模）

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第一讲我们讲解双极型晶体管的几种典型结构，以及杂质浓度在各区域的分布

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定性：两个方向相反的PN结很近地靠在一起

典型结构一——圆形结构

圆形结构

上面是俯视图，下面是侧视图：利用一定的空间想象能力即可理解这些图之间的关联

问题：为何要使用重掺杂？

答：为了形成欧姆接触，相当于只有一个小电阻串联在电极上。否则会形成金半接触，相当于电极上串联了一个二极管，肯定会影响BJT本身的特性。

再问：那么为何基区接触不采用欧姆接触？

答：这个我也不清楚，需要问老师了。个人觉得讲道理是要使用欧姆接触的，可能是因为工艺问题？理论上是要的。

典型结构二——梳状

梳状结构

有了圆形结构的基础，结构也不难理解。

典型结构三——集成电路中的BJT结构

俯视图

侧视图

问题1：为何N区之外还要包裹一层P区？

答：我们知道集成电路中所有晶体管都在一起，那么如果没有外P区，两晶体管之间的N/P区会接触等位，影响了器件的独立性。而有了外P区之后，将该PN结反偏即可形成高阻区使晶体管隔离。

问题二：外P区与接触的N区间为什么要加一个高掺杂区域？

答：作用一：方便导流基区输运过来的电流，高掺杂区电阻值更低

作用二：我们知道任何两个方向相反的PN结都可以视为晶体管，那么其实有了外P区之后，相当于有了一个PNP晶体管，但我们本身是不想要的，这称为寄生效应。所以加一个重掺杂N区，使集电结变成了隧道结，那么就失去了双极型晶体管的结构与特性，消除了寄生效应。

一些重要的结构参数

结构参数

值得注意的一点是：

基区宽度与有效基区宽度区别：有效基区宽度指基区宽度减去耗尽区/空间电荷区的宽度

杂质的分布——两大类

杂质浓度图

值得注意的一点是：

均匀浓度与缓变浓度后都加了基区二字，为什么呢？

之后会有介绍，猜想与基区是管理载流子的输运有关