STG4210QTRBJT因其有自由電子和空穴兩種極性的載流子參與導電而得名.它的種類很多,按照所用的半導體材料分,有硅管和鍺管;按照工作頻率分,有低頻管和高頻管;按照功率分,有小、中、大功率管等等。常見的BJT外形如圖4.1,1所示。

幾種BJT的外形,BJT的結(jié)構簡介,BJT的結(jié)構示意圖如圖4.1.2a、b所示。在一個硅(或鍺)片上生成三個雜質(zhì)半導體區(qū)域,一個P區(qū)(或N區(qū))夾在兩個N區(qū)(或P區(qū))中間。因此,BJT有兩種類型:NPN型和PNP型。從三個雜質(zhì)區(qū)域各自引出一個電

極,分別叫做發(fā)射極e、集電極c、基極b,它們對應的雜質(zhì)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和基區(qū)。BJT結(jié)構上的特點是:基區(qū)很薄(微米數(shù)量級),而且摻雜濃度很低;發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導體,但前者比后者摻雜濃度高很多,而集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)面積大,因此它們不是電對稱的。三個雜質(zhì)半導體區(qū)域之間形成兩個PN結(jié),發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),集電區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。圖4.1.2c、d分別是NPN型和PNP型BJT的符號,其中發(fā)射極上的箭頭表示發(fā)射結(jié)加正偏電壓時,發(fā)射極電流的實際方向。

集成電路中典型NPN型BJT的結(jié)構截面圖如圖4.1.3所示。

本章主要討論NPN型BJT及其電路,但結(jié)論對PNP型同樣適用,只不過兩者所需電源電壓的極性相反,產(chǎn)生的電流方向相反。

兩種類型BJT的結(jié)構示意圖及其電路符號,(a)NPN型管結(jié)構示意圖 (b)PNP型管結(jié)構示意圖(c)NPN管的電路符號 (d)PNP管的電路符號

隔離外延層硅襯底,集成電路中典型NPN型BJT的截面圖,放大狀態(tài)下BJT的工作原理,BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程.

BJT內(nèi)有兩個PN結(jié),所以它在應用中可能有四種工作狀態(tài)(放大、飽和、截止與倒置),這與每個PN結(jié)的正偏或反偏有關。當BJT用作放大器件時,無論是NPN型還是PNP型,都應將它們的發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓,集電結(jié)加反向偏置電壓。下面以NPN管為例,分析在偏置電壓作用下BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程。其結(jié)論對PNP管同樣適用,只是兩者偏壓的極性、電流的方向相反。

發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散載流子,形成發(fā)射極電流rE,圖4.1.4示出了一個處于放大狀態(tài)的NPN型理想BJT的內(nèi)部載流子的傳輸過程。由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓,發(fā)射區(qū)的多子電子將不斷通過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū),形成發(fā)射結(jié)電子擴散電流JE、.其方向與電子擴散方向相反。同時,基區(qū)的多子空穴也要擴散到發(fā)射區(qū),形成空穴擴散電流ru,方向與JEx相同。JEN和JEP一起構成受發(fā)射結(jié)正向電壓ubE控制的發(fā)射結(jié)電流(也就是發(fā)射極電流)ie,即

rE=fEN+JEP=JEs(eube/vt-1)①       (4.1.la)

放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程,式中JEs為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流,其值與發(fā)射區(qū)及基區(qū)的摻雜濃度、溫度有關,也與發(fā)射結(jié)的面積成比例。

由于基區(qū)摻雜濃度很低,rEP很小,可以認為

rE=JEN+JEP≈rEN           (4,1.1b)

載流子在基區(qū)擴散與復合,形成復合電流ibN,由發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的載流子電子在發(fā)射結(jié)邊界附近濃度最高,離發(fā)射結(jié)越遠濃度越低,形成了一定的濃度梯度。濃度差使擴散到基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴散。在擴散過程中,有一部分電子與基區(qū)的空穴復合,形成基區(qū)復合電流ibN。由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又低,因此電子與空穴復合機會少,ibN式(4.⒈1)是BJT的Ebc卜Moll模型的組成部分,適用于發(fā)射結(jié)處于正向偏置,且工作在線性放大區(qū),更完整的模型請參閱文獻[2];PP.1056-1058,該模型的原著請見JJ.Ebers and J.L.Moll Largc signal Behavior of Junction Trarl‘listor,Proc.Vo1.42(12):1761-1772,1954.

反饋清零法適用于有清零輸入端的集成計數(shù)器。74LVC161具有異步清零功能,在其計數(shù)過程中,不管它的輸出處于哪一狀態(tài),只要在異步清零輸人端加一低電平電壓,使cR△0,74LVC161的輸出會立即從那個狀態(tài)回到0000狀態(tài)。清零信號(CR=0)消失后,74LVC161又從0000狀態(tài)開始重新計數(shù)。