发射结
双极性晶体管的两个PN结之一
发射结是双极性晶体管BJT)内部由发射区与基区交界形成的PN结结构。该结构在NPN型晶体管中表现为P型基区与N+型发射区的半导体界面,其核心功能在于通过正向偏置实现载流子注入。当发射结处于正偏状态时,高掺杂发射区的多数载流子(电子)通过扩散作用进入基区,形成发射极电流的主要传输路径。
结构组成
发射结由发射区与基区的半导体材料接触面构成,根据晶体管类型分为NPN型和PNP型两种极性形式。在典型NPN结构中,发射区采用重掺杂N型半导体(N+),基区为轻掺杂P型半导体,两者界面形成发射结。这种非对称掺杂设计使发射区载流子浓度比基区高2-3个数量级,确保正向偏置时载流子单向注入特性。
合金法与扩散法制造的晶体管基区宽度分别为10μm和2-3μm,后者通过精确控制杂质分布实现更高的载流子传输效率。发射结结深(Xje)与集电结结深(Xjc)的比值是工艺设计的重要参数,直接影响晶体管的频率响应特性。
工作原理
当发射结施加正向偏置电压(VBE>0)时,PN结势垒降低,发射区高浓度电子向基区扩散形成发射极电流(IE)。基区的低掺杂与窄宽度特性使得约98%的注入电子可穿越至集电结边界,仅有少量电子与基区空穴复合形成基极电流(IB)。
集电结反向偏置产生的强电场将到达基区的电子迅速抽入集电区,形成集电极电流(IC)。电流放大系数β=IC/IB的稳定性依赖于发射结掺杂浓度与基区宽度的工艺控制,典型值范围在20-200之间。
电气特性
发射结的正向伏安特性遵循指数规律:IE=IS(e^(VBE/VT)-1),其中IS为饱和电流,VT为热电压(约26mV@300K)。实际应用中需限制VBE在0.6-0.7V(硅管)范围内以防止过热损坏。
温度每升高1℃,VBE下降约2-2.5mV,同时β值增加0.5%-1%,这种温度特性要求电路设计中必须引入温度补偿机制。反向击穿电压(BVEBO)是发射结的重要极限参数,典型值为6-8V,超过该值会导致结区雪崩击穿
工艺影响
合金法工艺制造的发射结具有突变型杂质分布,基区宽度较大导致载流子在传输过程中复合率较高,限制工作频率。扩散法则形成缓变型杂质分布,通过精确控制磷扩散浓度梯度可使基区建立自建电场,提升电子迁移速度。
现代平面工艺采用离子注入技术将发射区掺杂浓度提升至10^19cm^-3以上,基区浓度控制在10^17cm^-3量级,这种浓度梯度差异使发射效率(γ)接近理论极限值0.995。外延基区技术的应用进一步将基区宽度缩减至0.1μm以下,使特征频率(fT)突破100GHz。
参考资料
发射结.术语在线.2020-08-24
4.1.1 BJT的结构简介.川北医学院.2024-12-21
发射结 .中国知网.2024-06-20
最新修订时间:2025-10-23 02:05
目录
概述
结构组成
工作原理
参考资料