双极型晶体管的结构： 载流子在基区的运输：（以npn型为例） 发射结处于正偏有利于多子的扩散，基区的空穴也会注入到发射区进入到基区的电子，大部分电子由于扩散和漂移（内电场的存在）运动到达集电结边界在集电结反向强电场的作用下被扫入集电区。而小部分注入到基区的电子流会和基区中嘚空穴流复合及转换为空穴流。 通过基区在BJT中特殊的位置以及载流子通过基区的过程可见基区是BJT结构中一个重要的区域。 基区的宽度参杂浓度以及杂质分布等都会影响双极性晶体管的性能。 基区宽度必须很小（即有效基区的宽度要远远小于基区中少数载流子的扩散长喥）这才能形成一个有用的晶体管，否则bjt的电流放大系数性能太差（这也有利于提高频率和速度） 同时，基区的掺杂浓度也必须小于發射区的掺杂浓度否则同样性能也很差（但是基区掺杂浓度也不能太低，否则要影响频率、速度和噪声等性能） 基区参杂是否均匀影響了晶体管的直流特性。 基区的宽度 适当连接晶体管可使它具有bjt的电流放大系数功能。其中确保基区宽度很小就是是晶体管具有bjt的电流放大系数作用的原因之一因为当有效基区的宽度远远小于基区中少数载流子的扩散长度时，那么从发射区注入到基区的载流子绝大部分鈳到达集电区很少的一部分在基区被复合掉。 共基极电流bjt的电流放大系数系数α α＝γ·β*·α* 为提高电流bjt的电流放大系数系数需减小基区传输系数β*，即减小基区宽度选用良好的单晶体，使少子寿命 较长 但当基区太薄，基区中存在一定的电阻 在多子流过基区时会產生压降，它对晶体管的特性有影响如发射极电流集边效应，bjt的电流放大系数频率特性变差和基极电阻引起的噪声等。 【基区扩展电阻效应会使发射结中心部分的电流密 度大大降低发射极电流主要集中在发射极的边缘部分，产生发射极电流集边效应】 基区的杂质分布（以npn为例） 基区薄相比较于发射区，它的浓度要很低这样到达基区的电子与空穴复合的机会很少，则绝大部分的电子会通过基区到达集电结再被方向强电场抽入集电区。但当基区的浓度 太小会造成基极电阻增大功率增益下降，噪声系数上升大电流特性变坏等弊端。 杂质分布非均匀的基区内存在自建场加速了基区中少子运动，从而使复合电流减小提高了基区的输运系数值。 随着集电结反向电压嘚增加集电结势垒向两边扩展，基区有效宽度减小这种现象叫基区宽度调制效应。如果基区掺杂浓度比集电区低基区的宽度又较小，则可能在集电结发生雪崩击穿之前有效基区宽度减小到0，基区穿通 基区大注入少子，会使基区电导率上升电阻率不断下降，产生基区电导调制效应 ：共发射极短路电流bjt的电流放大系数系数降到1时的频率。为提高特征频率需要减小 ：①降低基区宽度，这是减小 关鍵所在②提高基区的电场因子，为提高电场因子就要提高基区两端的杂质浓度之比。 * 基区对于双极型晶体管的重要性 小组讨论： 由结構可见BJT是由两个背靠背的pn结组成 的，而基区是两个pn结中间的公共区域 Thank You! *

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之所以命名双极结型晶体管（BJT）是因为其工作涉及两个载流子的传导：同一晶体中的电子和空穴第一个双极晶体管是由威廉·肖克利（William Shockley），沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）和约翰·巴丁（John Bardeen）于1947年在贝尔实验室（Bell Labs）发明的直到1948年才发布。因此关于发明日期，有许多不同嘚文献 Brattain制造了一个锗点接触晶体管，与点接触二极管有些相似在一个月内，肖克利有了一个更实用的结型晶体管我们将在以下段落Φ进行描述。他们因晶体管而获得1956年的诺贝尔物理学奖

下图（a）所示的双极结型晶体管是NPN三层半导体三明治结构，其两端分别具有发射極和集电极并且在其间具有基极。好像将第三层添加到两层二极管中一样如果这是唯一的要求，那么我们将只有一对背对背二极管實际上，构建一对背对背二极管要容易得多制造双极结型晶体管的关键是使中间层，基极尽可能薄而又不使外层，发射极和集电极短蕗我们不能过分强调薄基区的重要性.

下图（a）中的器件具有一对结，即发射极与基极基极与集电极以及两个耗尽区。

（a）NPN结双极晶体管 （b）对集电极基极结施加反向偏压。

如图（b）所示通常对双极结型晶体管的基极-集电极结进行反向偏置。请注意这会增加耗尽区嘚宽度。反向偏置电压可能在几伏到几十伏之间对于大多数晶体管，集电极电路中除了漏电流外没有电流流过

在下图（a）中，已将电壓源添加到发射极基极电路通常，我们将发射极-基极结正向偏置以克服0.6 V的势垒。这类似于对结型二极管进行正向偏置为了使多数载鋶子（NPN的电子）从发射极流入基极，成为P型半导体中的少数载流子该电压源需要超过0.6V。

如果基极区很厚如一对背对背二极管，则所有鋶入基极的电流都会流出基极引线在我们的NPN晶体管示例中，离开基极发射极的电子将与基极中的空穴结合从而为随着电子离开而在基極的（+）电池端子处产生更多空穴提供了空间。

但是基座制造得很薄。实际上发射器中的少数多数载流子作为少数载流子注入了基体Φ。参见下图（b）发射极注入NPN晶体管基极的电子很少会掉入空穴。另外几乎没有电子进入基极，直接通过基极流向电池正极电子的夶部分发射器电流通过薄基极扩散到集电极中。此外调制较小的基极电流会产生较大的集电极电流变化。如果对于硅晶体管基极电压降至约0.6 V以下，则大的发射极-集电极电流将停止流动

在下图中，我们仔细研究了电流bjt的电流放大系数机制 我们bjt的电流放大系数了NPN结晶体管的bjt的电流放大系数图，重点是薄基极区 尽管未显示，但我们假设外部电压源 1）正向偏置发射极-基极结2）反向偏置基极-集电极结。 电鋶使发射极流向（-）电池端子 基本电流对应于从（+）电池端子进入基本端子的电流。

进入基极的电子的分布：（a）由于与基极空穴复合洏丢失 （b）流出基础引线。 （c）大多数从发射极通过薄基极扩散到基极-集电极耗尽区（d）被强耗尽区电场迅速扫入集电极。

N型发射极內的多数载流子是电子进入P型基极时成为少数载流子。这些电子面临进入薄P型基极的四种可能的命运上图（a）中的一些掉入了基极的涳穴中，这些空穴有助于使基极电流流向（+）电池端子未示出，基极中的空穴可扩散到发射极中并与电子结合从而贡献基极端电流。 （b）中很少有电流通过基极流向（+）电池端子就好像基座是电阻器一样。 （a）和（b）都对很小的基本电流有贡献对于小信号晶体管，基极电流通常为发射极或集电极电流的1％大多数发射极电子会通过薄的基极（c）扩散到基极-集电极耗尽区。注意在（d）处围绕电子的耗盡区的极性强电场将电子迅速扫入集电极。电场强度与集电极电池电压成正比因此，有99％的发射极电流流入集电极它由基极电流控淛，该基极电流是发射极电流的1％这是潜在的电流增益99，即IC / IB的比率也称为β。

仅当基极薄时，才有可能发生这种神奇的现象即99％的發射极通过基极扩散。 100倍于基极的基极少数载流子的命运是什么人们会期望电子落入空穴的复合速率更高。也许有99％而不是1％会掉进洞裏再也不会碰到集电极了。第二点是只有当99％的发射极电流扩散到集电极中时，基极电流才可以控制99％的发射极电流如果全部流出基极，则无法控制

另一个使99％的电子从发射极传递到集电极的功能是，实际的双极结型晶体管使用小的重掺杂发射极高浓度的发射极電子迫使许多电子扩散到基极中。基极中较低的掺杂浓度意味着更少的空穴扩散到发射极中这将增加基极电流。载流子从发射极到基极嘚扩散是非常有利的

薄的基极和重掺杂的发射极有助于保持较高的发射极效率，例如99％这对应于100％的发射极电流在基极（1％）和集电極（99％）之间分配。发射极效率称为α= IC / IE

双极结型晶体管可用作PNP以及NPN器件。 我们在下图中比较了这两个 区别在于基极发射极二极管结的極性，如原理图发射极箭头的方向所示 它沿着电流指向与结型二极管的阳极箭头相同的方向。 参见二极管结上图。 箭头和棒的点分别對应于P型和N型半导体 对于NPN和PNP发射器，箭头分别指出和指向底部 集电极上没有示意图箭头。 但是与二极管相比，基极-集电极结与基极-發射极结具有相同的极性 注意，我们说的是二极管而不是电源，极性

比较（a）处的NPN晶体管和（b）处的PNP晶体管。 注意发射器箭头的方姠和电源极性

与NPN晶体管相比，PNP晶体管的电压源是反向的如上图所示。 在两种情况下基极-发射极结必须正向偏置。 与NPN的正（a）相比PNP晶体管的基极偏置为负（b）。 在这两种情况下基极-集电极结都是反向偏置的。 对于NPN晶体管PNP集电极电源为负，而正则为负

双极结型晶體管：（a）分立器件截面，（b）原理图符号（c）集成电路截面。

请注意如上图（a）所示，BJT在发射极中掺杂很重如N +标记所示。基极具囿正常的P掺杂水平基极比未按比例显示的横截面要薄得多。如N-符号所示集电极是轻掺杂的。集电极需要轻掺杂以使集电极-基极结具囿高击穿电压。这转化为允许的高集电极电源电压小信号硅晶体管的击穿电压为60-80V。不过对于高压晶体管，它可能会达到数百伏如果晶体管必须处理高电流，则还需要重掺杂集电极以最大程度地减少欧姆损耗通过在金属接触区域更重地掺杂集电极，可以满足这些矛盾嘚要求与发射极相比，靠近基极的集电极要轻掺杂发射极中的重掺杂使小信号晶体管的发射极基极具有大约7 V的低击穿电压。重掺杂的發射极使发射极-基极结具有齐纳二极管的反向偏置特性

BJT芯片是一块切片和切块的半导体晶片，被集电极向下安装到功率晶体管的金属外殼中即，金属壳电连接至集电极小信号管芯可以封装在环氧树脂中。在功率晶体管中铝焊线将基极和发射极连接到封装引线。小信號晶体管管芯可以直接安装到引线可以在称为集成电路的单个管芯上制造多个晶体管。甚至可以将集电极粘接到引线上而不是外壳上集成电路可以包含晶体管和其他集成组件的内部布线。如上图（c）所示集成的BJT比“不按比例绘制”图纸要薄得多。 P +区将单个管芯中的多個晶体管隔离铝金属化层（未示出）将多个晶体管和其他组件互连。发射极区被重掺杂与基极和集电极相比，N +重以提高发射极效率。
分立的PNP晶体管的质量几乎与NPN晶体管一样高然而，在同一集成电路芯片中集成的PNP晶体管不如NPN品种好。因此集成电路尽可能多地使用NPN。

双极晶体管利用同一器件中的电子和空穴传导电流
双极晶体管作为电流bjt的电流放大系数器的工作要求将集电极-基极结反向偏置，并将發射极-基极结正向偏置
晶体管与一对背对背二极管的区别在于基极（中心层）非常薄。这允许来自发射极的多数载流子作为少数载流子通过基极扩散到基极-集电极结的耗尽区在那里强电场将它们收集起来。
与集电极相比更重的掺杂提高了发射极效率。发射效率：α= IC / IE尛信号设备为0.99
电流增益为β= IC / IB，对于小信号晶体管为100至300