1.摘要
晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波，整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流。
2.综述
按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN 型晶体管和硅PNP型晶体管。结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势仍然广泛应用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领域中。
本次，我们主要研究设计NPN轨双极结型晶体管
3.方案设计与分析
3.1 NPN晶体管基本结构分析
如上图所示，由两个相距很近的PN结组成，基区宽度远远小于少子扩散长度，以上是NPN形式。
双极型晶体管基区中的电流传输过程与杂质分布形式有极密切的关系。
均匀基区晶体管：基区杂质浓度为常数。低注入下基区少子的运动形式为扩散。
缓变基区晶体管：基区掺杂浓度随位置变化。低注入下基区少子的运动形式既有扩散也有漂移。
双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区。令
分别为基极对发射极和基极对集电极的电压。则四种工作模式是：
3.2载流子分布与电流分量
一、电流传输
中性基区（ 0 << << )少子电子分布及其电流：
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二、发射区少子空穴分布及其电流：
边界条件： 空穴电流为：
三、集电区少子空穴分布及其电流
边界条件：
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3.3基区宽度的具体设计
与PN 结二极管的分析类似，在平衡和标准工作条件下，BJT 可以看成是由两个独立的PN 结构成
基区展宽效应的产生机理：
对于一般放大工作的npn-BJT ，由于集电结加有反向电压，则在基区尾部、靠近集电结势垒边缘处的电子(少子)被抽出、使得该处的电子浓度=0。但是如果是在大电流工作时，由于注入的电子浓度很大，所以这时在基区尾部、集电结势垒边缘处，电子(少子)浓度实际上并不为0，而是等于Jc/(qvs)，其中Jc 是集电极电流密度，vs 是电子的饱和漂移速度（接近电子的热运动速度，～106s/cm ）；在这种情况下，电子在中性基区内虽然被空穴所中和，但电子在进入到集电结耗尽层内后却增加了耗尽层中的负电荷，从而在集电结电压Vbc 不变时，就将使得集电结的负空间电荷层变窄(正空间电荷层相应变宽)，这就导致基区变宽；进一步，若集电极电流密度Jc 增大到Jc/(qvs)>Nc 时（Nc 是集电区的掺杂浓度），则集电结的负空间电荷层将推移到集电区内，即中性基区进一步展宽到集电区，这就是产生了Kirk 效应
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——基区展宽效应。根据集电结耗尽层（令其中电场的分布为E(x)）的Poisson方程 dE/dx = -q [(Jc/(qvs)-NC]/eeo，则可以计算出产生Kirk效应的临界电流密度为：Jco ≈ q vs Nc。当集电极电流密度大于Jco时，即将出现Kirk效应。
发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度为1019，1017，1015 cm-3 BJT是非对称器件。
集电极电流：
假定：基区电子线性分布集电极电流为扩散电流
结论：集电极电流由基极和发射极之间的电压控制，这就是晶体管的工作原理
发射极电流：
一是由从发射区注入到基区的电子电流形成的（iE1）；二是由基区的多子空穴越过B-E结注入到发射区（iE2）,它也是正偏电流，表达形式同iE1
基极电流:
一是iE2，该电流正比于exp(VBE/Vt) ，记为iBa；另一是基区多子空穴的复合流iBb,依赖于少子电子的数量，也正比于exp(VBE/Vt) 。故基极电流正比于exp(VBE/Vt) 。
VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE 当VCC足够大， VR较小VCB>0
此时正向有源。IC增大， VR增大，VCB减小，C结零偏准饱和
C结反偏饱和，饱和时集电极电流不受控于VBE！
3.4假设：（采用一维理想模型）
1，e,b,c三个区均匀掺杂，e,c结突变,
2，e,c结为平行平面结，其面积相同，电流垂直结平面
3，外电压全降在空电区，势垒区外无电场，故无漂移电流
4，e,c 区长度＞＞少子L ，少子浓度为指数分布（随 x ） 5，Xm ＜＜少子L ，忽略势垒复合及产生, 6，满足小注入条件 7，不考虑基区表面复合
1. 基区电子（少子）浓度分布 浓度分布
同理可以得到发射区空穴浓度分布
电流密度分布 基区电子扩散电流
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均匀基区晶体管：基区杂质浓度为常数。低注入下基区少子的
运动形式为扩散。
缓变基区晶体管：基区掺杂浓度随位置变化。低注入下基区少
子的运动形式既有扩散也有漂移。 5，心得体会
通过这次的课程设计，使我了解到工艺参数对器件的设计起到关键性的作用。一开始的时候根本就不知道怎么做这个课程设计，不知道从何入手，只有大量的上网查找各种资料，以及通过课本的参阅来帮助自己来完成这个设计。这个准备的过程我就花了3天半的时间。但 这个过程是必不可少的，俗话说的好磨刀不误砍柴工，工欲善其事，必先利其器，但做了大量的准备工作之后，完成这个课程设计 就顺利多了，通过这次课程设计的报告的研究探讨，让我感受到了课堂知识应用于实践的欣慰！
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6.参考文献
《半导体器件物理》.刘树林等编著，电子工业出版社，2005年《半导体器件基础》.爱德华·S·杨著，人民教育出版社，1981年
《半导体器件物理》.孟庆巨等编著，科学出版社，2010年
《半导体器件物理学习与考研指导》.孟庆巨等编著，科学出版社，2010年
双极型晶体管参数符号及其意义 Cc---集电极电容 Ccb---集电极与基极间电容 Cce---发射极接地输出电容 Ci---输入电容 Cib---共基极输入电容 Cie---共发射极输入电容 Cies---共发射极短路输入电容 Cieo---共发射极开路输入电容 Cn---中和电容（外电路参数） Co---输出电容 Cob---共基极输出电容。在基极电路中，集电极与基极间输出电容 Coe---共发射极输出电容 Coeo---共发射极开路输出电容 Cre---共发射极反馈电容 Cic---集电结势垒电容 CL---负载电容（外电路参数） Cp---并联电容（外电路参数） BVcbo---发射极开路，集电极与基极间击穿电压 BVceo---基极开路，CE结击穿电压 BVebo--- 集电极开路EB结击穿电压 BVces---基极与发射极短路CE结击穿电压 BV cer---基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压 D---占空比 fT---特征频率 fmax---最高振荡频率。当三极管功率增益等于1时的工作频率
hFE---共发射极静态电流放大系数 hIE---共发射极静态输入阻抗 hOE---共发射极静态输出电导 h RE---共发射极静态电压反馈系数 hie---共发射极小信号短路输入阻抗 hre---共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe---共发射极小信号短路电压放大系数 hoe---共发射极小信号开路输出导纳 IB---基极直流电流或交流电流的平均值 Ic---集电极直流电流或交流电流的平均值 IE---发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo---基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反向截止电流 Iceo---发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流 Iebo---基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反向截止电流 Icer---基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射极之间的反向截止电流Ices---发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流 Icex---发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射极之间的反向截止电流ICM---集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。 IBM---在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电流的最大平均值 ICMP---集电极最大允许脉冲电流 ISB---二次击穿电流 IAGC---正向自动控制电流 Pc---集电极耗散功率 PCM---集电极最大允许耗散功率 Pi---输入功率 Po---输出功率 Posc---振荡功率 Pn---噪声功率 Ptot---总耗散功率
第三讲双极型晶体管 1.3 双极型晶体管 半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。 1.3.1晶体管的结构及类型 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）； 一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。 E-B间的PN结称为发射结（Je）， C-B间的PN结称为集电结（Jc）。 两种极性的双极型三极管 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。 1.3.2 晶体管的电流放大作用 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。
双极型三极管的电流传输关系（动画2-1） 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为I EN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为I EP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流I CN。在基区被复合的电子形成的电流是I BN。 另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流I CBO。于是可得如下电流关系式： I E= I EN＋I EP 且有I EN>>I EP I EN=I CN+ I BN 且有I EN>> I BN，I CN>>I BN I C=I CN+ I CBO I B=I EP+ I BN－I CBO I E=I EP+I EN=I EP+I CN+I BN=(I CN+I CBO)+(I BN+I EP－I CBO)=I C+I B 以上关系在图02.02的动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。 双极型半导体三极管的电流关系 (1) 三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
双极型晶体管 晶体管的极限参数 双极型晶体管（Bipolar Transistor） 由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管。起源于1948年发明的点接触晶体三极管，50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。双极型晶体管是一种电流控制器件，电子和空穴同时参与导电。同场效应晶体管相比，双极型晶体管开关速度快，但输入阻抗小，功耗大。双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。 晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 晶体管分类：NPN型管和PNP型管 输入特性曲线：描述了在管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的关系称为输入伏安特性，可表示为：硅管的开启电压约为0.7V，锗管的开启电压约为0.3V。 输出特性曲线：描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系。可表示为： 双击型晶体管输出特性可分为三个区 ★截止区：发射结和集电结均为反向偏置。IE@0，IC@0，UCE@EC，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这个状态相当于断开状态。 ★饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控制，管子失去放大作用，U CE@0，IC=EC／RC，把三极管当作一个开关，这时开关处于闭合状态。 ★放大区：发射结正偏，集电结反偏。 放大区的特点是： ◆IC受IB的控制，与UCE的大小几乎无关。因此三极管是一个受电流IB控制的电流源。 ◆特性曲线平坦部分之间的间隔大小，反映基极电流IB对集电极电流IC控制能力的大小，间隔越大表示管子电流放大系数b越大。 ◆伏安特性最低的那条线为IB=0，表示基极开路，IC很小，此时的IC就是穿透电流ICEO。 ◆在放大区电流电压关系为：UCE=EC-ICRC, IC=βIB ◆在放大区管子可等效为一个可变直流电阻。 极间反向电流：是少数载流子漂移运动的结果。
第三章 3–1．（a ）画出PNP 晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。 （b ）画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分，写出各级电流表达式。 （c ）画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。 3–2．考虑一个N P N 硅晶体管，具有这样一些参数：m x B μ2=，在均匀掺杂基区 2 3 16 01.0,1,10 5cm A s cm N n a ==?=-μτ。若集电结被反向偏置，mA I nE 1=，计算 在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。 3–3． 在3–2的晶体管中，假设发射极的掺杂浓度为31810-cm ，m x E μ2=，ns pE 10=τ ， 发射结空间电荷区中，s μτ1.00=。计算在mA I nE 1=时的发射效率和FE h 。 3–4． 一NPN 晶体管具有以下规格：发射区面积=1平方密耳，基区面积=10平方密耳，发 射区宽度= m μ2，基区宽度= m μ1，发射区薄层电阻为/ 2Ω / 200Ω集电极电阻率=0.3.cm Ω，发射区空穴寿命=ns 1，基区电子寿命=100ns ， 假设发射极的复合电流为常数并等于A μ1。还假设为突变结和均匀掺杂。计算A I E μ10=、mA mA mA A 100101100、、、μ以及A 1时的FE h 。用半对数坐标画出曲线。中间电流范围的控制因素是什么？ 3-5．（a ）根据式（3-19）或式（3-20），证明对于任意的 n B L x 值公式（3-41）和（3-43） 变成E dE PE n B n a n i x N D L x L N D qAn a + -=)(coth [ 2 11] n B n a i n L x h L N n qAD a a csc 2 2112= = ])(coth [ 2 22PC dC PC n B n a n i L N D L x L N D qAn a + -= （b ）证明，若n B L x <<1,（a ）中的表达式约化为（3－41）和（3－43）。 3–6．证明在有源区晶体管发射极电流–电压特性可用下式表示R F E E I I αα-≈ 10T E V V e /+ 2τE i W qAn T E V V e /其中0 E I 为集电极开路时发射结反向饱和电流。提
单极型晶体管与双极型晶体管 单极型晶体管与双极型晶体管2011-10-3012:22 —、单极型晶体管 单极型晶体管也称场效应管，简称FET(FieldEffectTra nsistor) 。它是一种电压控制型器件，由输入电压产生的电场效应来控制输出电流的大小。它工作时只有一种载流子(多数载流子)参与导电，故称为单极型晶体管。 特点： 输入电阻高，可达107~1015Q，绝缘栅型场效应管(IGFET)可高达1015Q 噪声低，热稳定性好，工艺简单，易集成，器件特性便于控制，功耗小，体积小，成本低。 根据材料的不同可分为结型场效应管 JFET(Ju nctio nFieldEffectTra nsistor) 和绝缘栅型场效应管 IGFET(InsulatedGateFET)。 二、双极型晶体管 双极型晶体管也称晶体三极管，它是一种电流控制型器件，由输入电流控制输出电流，其本身具有电流放大作用。它工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。 特点： 三极管可用来对微弱信号进行放大和作无触点开关。它具有结构牢固、寿命长、体积小、耗电省等一系列独特优点，故在各个领域得到广泛应用。 根据材料的不同晶体三极管可分为硅管(Si)与锗管(Ge)。 硅三极管的反向漏电流小，耐压高，温度漂移小，且能在较高的温度下工作和承受较大的功率损耗。锗三极管的增益大，频率响应好，尤其适用于低压线路。
场效应管与双极型三极管的比较： 1、普通三极管参与导电的，既有多数载流子，又有少数载流子，故称为双极型三极管；而在场效应管中只是多子参与导电，故又称为单极型三极管。因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数很小。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。 2、三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。因此，基极总有一定的电流，故三极管的输人电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可达109T014Q。高输入电阻是场效应管的突出优点。 3、场效应管的漏极和源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负， 灵活性比三极管强。但要注意，分立的场效应管，有时已经将衬底和源极在管内短接，源极和漏极就不能互换使用了。 4、场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。但场效应管还可以作 为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作，具有功耗低，热稳定性好，容易解决散热问题，工作电源电压范围宽等优点，且制作工艺简单，易于集成化生产，因此在目前的大规模、超大规模集成电路中，MOS管占主要地位 5、M OS管具有很低的级间反馈电容，一般为5-10pF，而三极管的集电结电容一般为20pF左右。 6场效应管组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数。 7、由于MOS观的栅源极之间的绝缘层很薄，极间电容很小，而栅源极之间电阻又很大，带电物体靠近栅极时，栅极上感应少量电荷产生很高的电压，就很难放掉，以至于栅源极之间的绝缘层击穿，造成永久性损坏。因此管子存放 时，应使栅极与源极短接，避免栅极悬空。尤其是焊接MOS管时，电烙铁外壳 要良好接地。
双极型三极管及其在生活中的应用 一、双极型三极管的介绍 1、类型与结构 双极型三极管 (Bipolar Junction Transistor, BJT称为半导体三极管、晶体半导体等,是一种重要的三端子电子器件。它是由贝尔实验室 (Bell Laboratory 的一个研究团队在 1947年发明的。虽然如今 MOSFET 已经成为应用最广泛的电子器件,但是BJT 仍然在汽车电子仪器、无线系统频射电路等领域具有一定的优越性。 双极型三极管(BJT 是一种电流控制器件。它由两个背靠背 PN 结构成, 是具有电流放大作用的晶体三极管, 。它有三个电极, 每个电极伸出一个引脚, 由电子和空穴同时参与导电。 BJT 常见的晶体管外形如右图所示。
在一个硅片或锗片上生成三个半导体区域:一个 P 区夹在两个 N 区中间的称为NPN 型管;一个 N 区夹在两个 P 区之间的称为 PNP 型管。它们的电路符号和结构图如下图所示。 (NPN 型管的结构模型图 (A 为 NPN 晶体管、 B 为 PNP 晶体管 三个杂质半导体区域分别为:基区、发射区、集电区。它们的特点是:基区很薄,空穴浓度较小; 发射区与基区的接触面较小, 高掺杂; 集电区与基区的接触面较大。
从三个区域中分别引出三个电极:基极(B 、发射极(E 、集电极(C 。三个杂志半导体区域之间两两形成了 PN 结。其中发射区和基区间形成发射结,集电区和基区间形成集电结。上图所示是 NPN 型管的结构模型图。 2、工作原理 BJT 的工作模式有三:共射极放大、共基极放大、共集极放大。其中最常见的是共发射极工作模式。 当 BJT 中两个 PN 结偏置条件不同时, BJT 将呈现不同的工作状态【 1】 : (1 放大区:发射结正偏且大于开启电压, 集电结反偏。 (2截止区:发射结和集电结均为反向偏置。其实只要发射结反偏或零偏置 , 三极管就已处于截止状态 . 在数字电路中 , 这个条件还要弱一些 , 只要加在发射结上的电压小于导通电压 , 三极管就可以截止。 (3饱和区:发射结和集电结均为正向偏置。 (4倒置态【 2】 :发射结加反向偏置电压 , 集电结加正向偏置电压。与 BJT 的放大状态相比 , 相当于把集电极与发射极相互交换。 工作原理描述:当晶体管工作在有源放大区时,管内载流子运动如右图所示。由于发射结的外加正向电压,发射区的电子向基区扩散 , 形成发射极电流 I E 。部分电子继续向集电结方向扩散, 另一部分电子与基区的空穴符合形成基区复合电流 I
Cc 集电极电容 Ccb 集电极与基极间电容 Cce 发射极接地输出电容 Ci 输入电容 Cib 共基极输入电容 Cie 共发射极输入电容 Cies 共发射极短路输入电容 Cieo 共发射极开路输入电容 Cn 中和电容（外电路参数） Co 输出电容 Cob 共基极输出电容。在基极电路中，集电极与基极间输出电容 Coe 共发射极输出电容 Coeo 共发射极开路输出电容 Cre 共发射极反馈电容 Cic 集电结势垒电容 CL 负载电容（外电路参数） Cp 并联电容（外电路参数） BVcbo 发射极开路，集电极与基极间击穿电压 BVceo 基极开路，CE结击穿电压 BVebo 集电极开路EB结击穿电压 BVces 基极与发射极短路CE结击穿电压 BV cer 基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压 D 占空比 fT 特征频率 fmax 最高振荡频率。当三极管功率增益等于1时的工作频率 hFE 共发射极静态电流放大系数 hIE 共发射极静态输入阻抗 hOE 共发射极静态输出电导 h RE 共发射极静态电压反馈系数 hie 共发射极小信号短路输入阻抗 hre 共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe 共发射极小信号短路电压放大系数 hoe 共发射极小信号开路输出导纳 IB 基极直流电流或交流电流的平均值 Ic 集电极直流电流或交流电流的平均值 IE 发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo 基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反Iceo 发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Iebo 基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反Icer 基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射Ices 发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Icex 发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射ICM 集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。 IBM 在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电
目录 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3 发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4 氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29) 11.参考文献 (30)
PNP 双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp 型双极晶体管，使T=300K 时，β=120，V CEO =15V,V CBO =80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C =5mA 。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3、设计的要求与数据 （1）了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。 （2）根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺杂浓度N E , N B , 和N C ,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命 等。 （3）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，包括集电区厚度W c ， 基本宽度W b ，发射区宽度W e 和扩散结深X jc ,发射结结深X je 等。 （4）根据扩散结深X jc ,发射结结深X je 等确定基区和发射区预扩散和再扩散的扩 散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化 时间。 （5）根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、 发射区和金属接触孔的光刻版图。
1.摘要 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波，整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流。 2.综述 按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN 型晶体管和硅PNP型晶体管。结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势仍然广泛应用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领域中。 本次，我们主要研究设计NPN轨双极结型晶体管 3.方案设计与分析 3.1 NPN晶体管基本结构分析 如上图所示，由两个相距很近的PN结组成，基区宽度远远小于少子扩散长度，以上是NPN形式。 双极型晶体管基区中的电流传输过程与杂质分布形式有极密切的关系。 均匀基区晶体管：基区杂质浓度为常数。低注入下基区少子的运动形式为扩散。
缓变基区晶体管：基区掺杂浓度随位置变化。低注入下基区少子的运动形式既有扩散也有漂移。 双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区。令 分别为基极对发射极和基极对集电极的电压。则四种工作模式是： 3.2载流子分布与电流分量 一、电流传输 中性基区（ 0 << << )少子电子分布及其电流： 2 2 =--n p p p n n n dx n d D τ()T E V V p p e n n 0 0=()T C V V p B p e n x n 0=()0 ==x p n nE dx x dn qAD I () ?????? ?????? ? ? -??? ? ??- -???? ??-=1sinh 1 10T C T E V V n B V V n B n p n nE e L x e L x cth L n D qA I ）（? ?x B x