雙極性晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理

雙極性晶體管(英語(yǔ)：bipolar transistor)，全稱雙極性結(jié)型晶體管(bipolar junction transistor, BJT)，俗稱三極管，是一種具有三個(gè)終端的電子器件，由三部分摻雜程度不同的半導(dǎo)體制成，晶體管中的電荷流動(dòng)主要是由于載流子在PN結(jié)處的擴(kuò)散作用和漂移運(yùn)動(dòng)。

雙極性晶體管，它有兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，引出三個(gè)電極，所以有NPN和PNP兩種管子。

三個(gè)電極分別從導(dǎo)電區(qū)引出，稱為發(fā)射極、基極和集電極，所對(duì)應(yīng)的區(qū)分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。

其中，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度很高，用于發(fā)射載流子，集電區(qū)摻雜較低，但體積比較大，用于收集載流子，基區(qū)最薄，且摻雜濃度最低，用于控制載流子。

雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)

由兩個(gè)背靠背的PN節(jié)構(gòu)成，兩種載流子參與導(dǎo)電----雙極型結(jié)型晶體管。

兩種類型：

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)(e區(qū))摻雜濃度最高；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)， 且面積大； 基區(qū)很薄， 一般在幾微米到幾十微米，且摻雜濃度最低。

雙極性晶體管的工作原理

NPN型雙極性晶體管可以視為共用陽(yáng)極的兩個(gè)二極管接合在一起。在雙極性晶體管的正常工作狀態(tài)下，基極-發(fā)射極結(jié)(稱這個(gè)PN結(jié)為“發(fā)射結(jié)”)處于正向偏置狀態(tài)，而基極-集電極(稱這個(gè)PN結(jié)為“集電結(jié)”)則處于反向偏置狀態(tài)。在沒(méi)有外加電壓時(shí)，發(fā)射結(jié)N區(qū)的電子(這一區(qū)域的多數(shù)載流子)濃度大于P區(qū)的電子濃度，部分電子將擴(kuò)散到P區(qū)。同理，P區(qū)的部分空穴也將擴(kuò)散到N區(qū)。這樣，發(fā)射結(jié)上將形成一個(gè)空間電荷區(qū)(也成為耗盡層)，產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)在的電場(chǎng)，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，這個(gè)電場(chǎng)將阻礙上述擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)生，從而達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)，如果把一個(gè)正向電壓施加在發(fā)射結(jié)上，上述載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和耗盡層中內(nèi)在電場(chǎng)之間的動(dòng)態(tài)平衡將被打破，這樣會(huì)使熱激發(fā)電子注入基極區(qū)域。在NPN型晶體管里，基區(qū)為P型摻雜，這里空穴為多數(shù)摻雜物質(zhì)，因此在這區(qū)域電子被稱為“少數(shù)載流子”。

從發(fā)射極被注入到基極區(qū)域的電子，一方面與這里的多數(shù)載流子空穴發(fā)生復(fù)合，另一方面，由于基極區(qū)域摻雜程度低、物理尺寸薄，并且集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，大部分電子將通過(guò)漂移運(yùn)動(dòng)抵達(dá)集電極區(qū)域，形成集電極電流。為了盡量緩解電子在到達(dá)集電結(jié)之前發(fā)生的復(fù)合，晶體管的基極區(qū)域必須制造得足夠薄，以至于載流子擴(kuò)散所需的時(shí)間短于半導(dǎo)體少數(shù)載流子的壽命，同時(shí)，基極的厚度必須遠(yuǎn)小于電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度(diffusion length，參見(jiàn)菲克定律)。在現(xiàn)代的雙極性晶體管中，基極區(qū)域厚度的典型值為十分之幾微米。需要注意的是，集電極、發(fā)射極雖然都是N型摻雜，但是二者摻雜程度、物理屬性并不相同，因此必須將雙極性晶體管與兩個(gè)相反方向二極管串聯(lián)在一起的形式區(qū)分開(kāi)來(lái)。

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