02.26 形成器件和集成電路(四)

形成器件和集成電路(四)

肖特基勢壘(Schottky barrier)二極管:1938年〈晶體管誕生的前十年),W.Schottky發現金屬只要和輕摻雜的半導體接觸,就會形成二極管(參見下圖)。這種二極管有更快的正向時間(它的反應速度更快),而且與摻雜硅的二極管相比,它有更低的工作電壓。金屬與高摻雜區(每立方厘米有5×10的17次方個原子)的接觸就是通常的“歐姆接觸”。硅電路中大部分接觸都是這種情況。在一些NPN雙極型電路就利用了Schottky二極管效應。這種結構和效應會在雙極型晶體管部分介紹。

形成器件和集成電路(四)

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晶體管


晶體管工作模擬:晶體管有三個接觸點,兩個結構成三個區的器件,可作為開關器件和放大器件。一個經常用來解釋晶體管各個部分的作用和晶體管工作的例子就是水流系統(參見下圖)。流動的水代表電流。在這個系統中,一部分是水源(水箱),閥用來控制水流,桶用來接收水。簡單地說,這個系統通過閥的開關可以作為一個開關器件,同時,它也可以作為一個放大器件。把閥看做一個高機械性能,由外部的小水流激活水輪機的縮影,一個通過閥的小水流可以通過系統打開一個允許大水流經過的閥。如果整個系統是封閉的,那麼觀察者只能看到小水流進人,大水流流出。由此可以得出結論:這個系統有放大水流的作用。


雙極型晶體管:在固態晶體管中也存在同樣的部件和功能。雙極型晶體管既可表現為簡單的開關器件也可作為雙摻雜的平面結構(參見下圖)。電流從發射極(水箱)出來經過基極(閥)進人接收極(水桶)。沒有電流流過基極時,晶體管是關閉的,當晶體管打開時,就會有電流流動。僅僅需要很小的電流打開基極從而使電流通過晶體管。基極電流的大小控制著通過晶體管的較大量電流(集電極電流)。電流從基極到集電極有放大效應。基極電流有效地改變了基極區域的電阻率。實際上,晶體管(transistor)這個詞來源於雙極型品體管(transferresistor)o在工作中,當正向和反向電流經過基極時,就出現了雙極型。

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晶體管放大係數也稱為“增益”。在數值上等於集電極電流除以基極電流(參見後面介紹)。為了得到更高的效率,發射極區域摻雜濃度比基極區域摻雜濃度高,而基極區域的摻雜濃度又比集電極區域摻雜濃度高。下圖就給出了典型的摻雜濃度與距離的關係。


大部分的雙極型電路都是NPN型晶體管。NPN分別代表發射極、基極和集電極的導電類型。有些應用需要PNP型晶體管,其中一些是在側面形成的(參見下圖)。NPN型晶體管效率更高,因為電子在N型區域有更高的遷移率。

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雙極型晶體管的特點是開關速度快。開關速度受很多因素的影響,其中最重要因素的就是基極的寬度。通常來說,電子或空穴所要經過的距離越短,它需要的時間就越短。



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