晶体管小结

一）晶体管的结构特性

1．晶体管的结构 晶体管内部由两PN结构成，其三个电极分别为集电极（用字母C或c表示），基极（用字母B或b表示）和发射极（用字母E或e表示）。如图5-4所示，晶体管的两个PN结分别称为集电结（C、B极之间）和发射结（B、E极之间），发射结与集电结之间为基区。

根据结构不同，晶体管可分为PNP型和NPN型两类。在电路图形符号上可以看出两种类型晶体管的发射极箭头（代表集电极电流的方向）不同。PNP型晶体管的发射极箭头朝内，NPN型晶体管的发射极箭头朝外。

2．三极管各个电极的作用及电流分配 晶体管三个电极的电极的作用如下：

发射极（E极）用来发射电子；

基极（B极）用来控制E极发射电子的数量；

集电极（C极）用业收集电子。

晶体管的发射极电流IE与基极电流IB、集电极电流IC之间的关系如下：IE=IB+IC

3．晶体管的工作条件 晶体管属于电流控制型半导体器件，其放大特性主要是指电流放大能力。所谓放大，是指当晶体管的基极电流发生变化时，其集电极电流将发生更大的变化或在晶体管具备了工作条件后，若从基极加入一个较小的信号，则其集电极将会输出一个较大的信号。

晶体管的基本工作条件是发射结（B、E极之间）要加上较低的正向电压（即正向偏置电压），集电结（B、C极之间）要加上较高的反向电压（即反向偏置电压）。晶体管各极所加电压的极性见图5-5。

晶体管发射结的正向偏置电压约等于PN结电压，即硅管为0.6~0.7V，锗管为0.2~0.3V。集电结的反向偏置电压视具体型号而定。

4．晶体管的工作状态 晶体管有截止、导通和饱和三种状态。

在晶体管不具备工作条件时，它处截止状态，内阻很大，各极电流几乎为0。

当晶体管的发射结加下合适的正向偏置电压、集电结加上反向偏置电压时，晶体管导通，其内阻变小，各电极均有工作电流产生（IE=IB+IC）。适当增大其发射结的正向偏置电压、使基极电流IB增大时，集电极电流IC和发射极电流IE也会随之增大。

半导体物理与器件基础知识 1 / 14

9 金属半导体与半导体异质结

一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：经过金属 - 半导体的接触实现的连结。接触电阻很低。

金属与半导体接触时， 在未接触时， 半导体的费米能级高于金属的费米能级， 接触后，半导体的电子流向金属， 使得金属的费米能级上涨。 之间形成势垒为肖特基势垒。

在金属与半导体接触处， 场强达到最大值，因为金属中场强为零， 所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想要素： 肖特基效应的影响， 即势垒的镜像力降低效

应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程降落曲线。 附图： 半导体物理与器件基础知识 2 / 14

电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输体制不一样于 pn 结的少量载流子的扩散运动决定电流， 而是取决于多半载流子经过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的 I-V 曲线： 反向电流随反偏电压增大而增大是因为势垒降低的影响。

肖特基势垒二极管与 Pn 结二极管的比较： 1. 反向饱和电流密度 （同上），有效开启电压低于 Pn 结二极管的有效开启电压。 2. 开关特征肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件， 加正向偏压时不会产生扩散电容。 从正偏到反偏时也不存在像 Pn 结器件的少量载流子储存效应。二、金属 - 半导体的欧姆接触 半导体物理与器件基础知识 3 / 14

附金属分别与 N 型 p 型半导体接触的能带表示图

三、异质结：两种不一样的半导体形成一个结

小结：1. 当在金属与半导体之间加一个正向电压时， 半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很简单从半导体流向金属，称为热电子发射。 半导体物理与器件基础知识 4 / 14

开关二极管IN4148标准100V最Y轴100uA高X轴50V50V200V50V200V50V200V反输出电压500V500V5000V500V5000V500V5000V向功耗限制电阻20K20K20K20K20K20K20K电峰值电压调至满格调至满格从0开始调调至满格从0开始调调至满格从0开始调压测试选择NPNNPNNPNNPNNPNNPNNPN输入零电流零电流零电流零电流零电流零电流零电流

型号标准型号标准型号标准型号标准3.3V3.1～3.5V1N400150V1N539150VRL20150V5.1V4.8～5.4V1N4002100V1N5392100VRL202100V5.6V5.2～6.0V1N4003200V1N5393200VRL203200V6.2V5.8～6.6V1N4004400V1N5394300VRL204400V9.1V8.5～9.6V1N4005600V1N5395400VRL205600V14V13.3～14.7V1N4006800V1N5396500VRL206800V27V25.1～28.9V1N40071000V1N5397600VRL2071000V1N5398800V1N53991000V

150mA

第1页制定：审核：批准：1A1.5A2A稳压二极管5.1V～27V

5mA5V50uA

最大电流50uARL201～RL2071N5391～1N5399

100uA

50V5K调至满格NPN

标1N4001～1N4007QT2晶体管特性图示仪检测晶体管设定标准(二极管类) 普通整流二极管测试档位选择元件型号普通整流二极管普通整流二极管

最高反向电压零电流

准

标准最Y轴高X轴50V200V50V200V50V200V50V200V50V200V反输出电压500V5000V500V5000V500V5000V500V5000V500V5000V向功耗限制电阻20K20K20K20K20K20K20K20K20K20K电峰值电压调至满格从0开始调调至满格从0开始调调至满格从0开始调调至满格从0开始调调至满格从0开始调压测试选择NPNNPNNPNNPNNPNNPNNPNNPNNPNNPN输入零电流零电流零电流零电流零电流零电流零电流零电流零电流零电流

天津工业大学硕士学位论文

Ｇａｈｓ基异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的模拟、

设计与制作

（申请硕士学位）

专业：计算机应用技术

研究生：胡海洋

指导老师：苗长云教授

牛萍娟副教授

天津３－业大学通信学院

二ｏＯ四年十二月天津Ｔ业大学硕士学位论文

内容摘要

异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的特点具有宽带隙的发射区，能大大提高发射结

的载流子注入效率，降低基区串联电阻，其优异的性能包括高速、大功率、低噪声、线性度好、单电源工作等，广泛应用于微波毫米波电路、高速数字电路、模

／数转换器、光通信及移动通信等领域。

本文首先叙述了ＨＢＴ的原理、特性、结构设计、典型材料、器件结构和模

拟，以及ＧａＡｓ基ＨＢＴ结构的研究状况，然后详细描述了Ａ１ＧａＡｓ／ＧａＡｓ，

ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ，ＧａＡｓＳｂ／ＧａＡｓ三种ＧａＡｓ基ＨＢＴ器件的材料生长、制作工艺及其

特性。

本文所做的主要工作有：

１．生长ＡＩＧａＡｓ／ＧａＡｓ材料体系的ＨＢＴ，通过制作大尺寸器件验证其直流特

性，并对器件制作工艺进行优化。由于Ａ１ＧａＡｓ和ＧａＡｓ晶格常数十分接近，材

料生长和器件制各都比较成熟，研究Ａ１ＧａＡｓ／ＧａＡｓＨＢＴ可为其他新型ＨＢＴ材料

研究奠定基础。通过设计突变结和缓变结ＡＩＧａＡｓ／ＧａＡｓＨＢＴ，综合考虑Ｂｅ的扩

散和基区的晶体质量，优化基区的生长条件，制备了大尺寸的ＨＢＴ器件，通过

其直流特性和频率特性的测试结果，表明器件的均匀性和输出特性的线性度都比

较好。

２．由于ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ在材料性能和器件制作上具有ＡＩＧａＡｓ／ＧａＡｓ无法比拟

的优势，ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓＨＢＴ成为目前ＧａＡｓ基ＨＢＴ研究和应用的主流。在国内

ＭＢＥ系统上首次引进分解ＧａＰ产生Ｐ这一新型固态Ｐ源来生长ＩｎＧａＰ外延层，

得到高质量ＩｎＧａＰ外延层。利用选择性腐蚀可以精确地完成器件各台面的刻蚀，

制作出均匀性和输出特性的线性度都比较好的ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓＨＢＴ器件。

３．ＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂＨＢＴ（ＭＭＨＢＴ）由于兼备ＧａＡｓ的相对低成本和ＩｎＰＨＢＴ