[科普中國(guó)]-漂移晶體管

漂移晶體管是由雜質(zhì)擴(kuò)散方法制成的晶體管，由于基區(qū)雜質(zhì)分布不均勻，因此又稱為梯度基區(qū)晶體管。在這種晶體管中，由于基區(qū)雜質(zhì)不均勻，因而產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。少子在基區(qū)不但有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，也有漂移運(yùn)動(dòng)，甚至以漂移運(yùn)動(dòng)為主1。

簡(jiǎn)介漂移晶體管也稱為緩變基區(qū)晶體管，就是它的基區(qū)摻雜濃度的分布是緩慢變化的，則其基區(qū)中存在有能加速少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的自建電場(chǎng)，故有漂移晶體管之稱。由于基區(qū)自建電場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子的加速作用，漂移晶體管的放大性能和頻率性能等都比均勻基區(qū)晶體管的要優(yōu)越?，F(xiàn)在所使用的Si平面晶體管等，基區(qū)都是通過擴(kuò)散摻雜來形成的，因此也都是漂移晶體管（只有合金晶體管可認(rèn)為是均勻基區(qū)晶體管）。

對(duì)漂移晶體管，其基區(qū)的電子電流既有擴(kuò)散電流, 也有漂移電流，在基區(qū)摻雜濃度是指數(shù)分布的情況下（表面濃度小，里面濃度大），在基區(qū)中可得到恒定的漂移電場(chǎng)。漂移晶體管的所有性能都可以在均勻基區(qū)晶體管的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單地給出：只要采用Gummel數(shù)來代替均勻基區(qū)晶體管的有關(guān)表示式中的基區(qū)寬度和是基區(qū)摻雜濃度即可；Gummel數(shù)就是單位面積中性基區(qū)的雜質(zhì)總量。

內(nèi)建電場(chǎng)的形成若npn晶體管基區(qū)的有效受主濃度是x的函數(shù)，則多子(空穴)因存在濃度梯度將會(huì)擴(kuò)散，使原來小處帶正電荷，大處帶負(fù)電荷。正、負(fù)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)，稱為內(nèi)建電場(chǎng)。此電場(chǎng)反過來又造成空穴的漂移運(yùn)動(dòng)，其方向與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反。如用代表平衡空穴濃度，代表內(nèi)建電場(chǎng)，則：

空穴的擴(kuò)散流密度=

空穴的漂移流密度=

平衡時(shí)，空穴的兩種電流之和應(yīng)為0，即：

在利用愛因斯坦關(guān)系，可得內(nèi)建電場(chǎng)：

漂移晶體管中的少子分布和少子電流在推導(dǎo)緩變基區(qū)少子分布及少子電流時(shí)有兩種方法：

（1）求解包括漂移分量在內(nèi)的少子連續(xù)性方程，得出少子分布和少子電流分布，從而導(dǎo)出緩變基區(qū)晶體管，I-U方程，這種方法稱為精確法，其過程繁雜；

（2）近似法，即忽略少子在基區(qū)輸運(yùn)過程中的復(fù)合損失，認(rèn)為基區(qū)少子電流近似為常數(shù)。這是分析緩變基區(qū)晶體管時(shí)除指數(shù)分布近似外的另一個(gè)廣泛采用的近似，下面就采用這一近似方法分析。

在基區(qū)由于有自建電場(chǎng)，注入電子在基區(qū)不僅有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，也有在自建電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)，因此電子電流為：

忽略基區(qū)符合損失時(shí)，為常數(shù)，一般用通過發(fā)射結(jié)的電子電流代替，于是有：

當(dāng)晶體管偏置在有源放大區(qū)時(shí)，集電結(jié)邊緣處電子密度為零，將邊界條件代入得：

經(jīng)過指數(shù)分布近似及化簡(jiǎn)得：

上式正是均勻基區(qū)晶體管工作于有源放大區(qū)時(shí)的基區(qū)少子分布函數(shù)。

下圖畫出了不同電場(chǎng)因子下基區(qū)電子濃度分布曲線，圖中采用了歸一化坐標(biāo)。

合金擴(kuò)散晶體管這種晶體管的發(fā)射結(jié)是合金結(jié)，集電結(jié)是擴(kuò)散結(jié)，其管芯結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布如下圖所示。由圖可見，發(fā)射結(jié)為突變結(jié)，集電結(jié)為緩變結(jié)，基區(qū)雜質(zhì)分布有一定的梯度，故稱梯度基區(qū)晶體管或緩變基區(qū)晶體管。合金擴(kuò)散晶體管具有較好的高頻特性，可用于高速開關(guān)、高頻放大等場(chǎng)合。合金擴(kuò)散晶體管一般是用鍺制造的2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

方正 - 副教授 - 江南大學(xué)