Устройство биполярного транзистора

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Устройство и принцип действия

Биполярного транзистора

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор (БТ) представляет собой монокристалл полупроводника, разделённый двумя p-n переходами на три области с чередующимися типами проводимости. К каждой из областей с помощью омического контакта присоединяются внешние выводы (рис.1^А). В рабочем режиме заряд вдоль транзисторной структуры переносится носителями обоих знаков - электронами и дырками. Именно поэтому транзистор называют биполярным. При определённых условиях транзистор способен усиливать токи и напряжения благодаря взаимодействию между p-n переходами, основанному на явлениях инжекции и экстракции неосновных носителей.

В зависимости от чередования областей различают биполярные транзисторы p-n-p и n-p-n типов (см. рис.1^А). Их принцип действия одинаков. Среднюю область транзистора называют базой (Б). Одну из крайних областей, легированную сильнее всех остальных, называют эмиттером (Э). Другую крайнюю область – коллектором (К). По сравнению с эмиттером база легирована гораздо слабее. Коллектор может быть легирован как сильнее, так и слабее базы.

Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, между базой и коллектором - коллекторным. Принципиально важно, чтобы толщина базовой области транзистора W была значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей в базе.

По характеру распределения примесей в базе различают два основных вида транзисторов – бездрейфовые и дрейфовые. У бездрейфовых транзисторов база легирована однородно. В равновесном состоянии и при малых токах электрическое поле в базе практически отсутствует. В таких транзисторах в рабочем режиме перенос неосновных носителей заряда через базовую область осуществляется в основном путём диффузии. Бездрейфовые транзисторы можно изготовить методом сплавления или путём создания эпитаксиальной базы. Дрейфовые транзисторы изготавливают методом диффузии примесей через маску (методом локального диффузионного легирования) так, что нескомпенсированная электрически активная примесь в базе оказывается распределённой неоднородно. Это приводит к возникновению там встроенного электрического поля даже в отсутствии внешнего напряжения. В рабочем режиме дрейфовых транзисторов перенос неосновных носителей через базу осуществляется как посредством диффузии, так и путём дрейфа в электрическом поле. Далее для простоты будем рассматривать преимущественно бездрейфовые транзисторы p-n-p типа.

На рис.1^Б показаны условные обозначения дискретных биполярных транзисторов. При обозначении БТ интегральных схем кружок изображать не принято.

На рис.1^В показана структура интегрального биполярного

n-p-n транзистора со скрытым n⁺ слоем и изоляцией p-n переходом. Структурой в микроэлектронике называют схематическую картину расположения тонких слоёв из различных материалов и приповерхностных полупроводниковых областей с различающимися видами проводимости, которые получаются в сечении, проведённом перпендикулярно поверхности интегральной микросхемы (ИМС). Обычно изображают структуру одного или нескольких элементов схемы или отдельного фрагмента прибора. Аналогичную картину, но при виде сверху на кристалл ИМС, называют топологией. При изображении структуры и топологии элементов (ИМС), как правило, не удаётся воспроизвести реальные соотношения размеров и конструкции областей, и поэтому изображения получаются лишь схематическими.

б)

в)

г)

Рис. 4.1.1. Биполярный транзистор:

а – упрощенная модель структуры;

б – условные обозначения;

в – пример структуры интегрального n-p-n транзистора (разрез по АА`);

г – пример топологии интегрального n-p-n транзистора (размеры указаны в микрометрах)

На рис.1^Г приведена топология биполярного транзистора со структурой, показанной на рис.1^В. Последовательность технологических операции по изготовлению биполярных транзисторов будет рассмотрена позже (в курсе ”Микроэлектроника”).