双极晶体管工艺流程介绍

双极晶体管工艺流程

1.衬底:NPN双极晶体管的基础是p掺杂(硼)硅衬底，上面沉积了厚氧化层（600 nm）。

2.埋层注入：氧化物作为注入屏蔽层。由于使用了掺杂剂锑 (Sb)，其扩散系数低于磷，因此掺杂剂不会在后续工艺中扩散太多。高 n + 掺杂的掩埋集电极用作集电极端口的低电阻接触表面。

3. 同质外延：在外延过程中，高阻抗（低n−掺杂）集电极沉积层（10微米）。

4. 基极注入：引入 p 掺杂基极，随后的扩散步骤扩大了其尺寸。

5. 发射极和集电极注入：用磷引入了高度 n+ 掺杂的发射极和集电极结。

6. 金属化和光刻：在溅射工艺中沉积铝用于接触，并在其顶部形成抗蚀剂层。

7. 蚀刻：最后，发射极、基极和集电极的连接器采用各向异性的干法蚀刻工艺构建。

双极晶体管的基本结构由两个 PN 结组成，产生三个连接端子，每个端子都有一个名称，以将其与其他两个端子区分开来。这三个端子是已知的，分别标记为发射器（E）、基极（B）和集电极（C）。

双极晶体管是一种电流调节器件，它控制从发射极流过集电极端子的电流量，与施加到其基极的偏置电压量成比例，因此其作用类似于电流控制开关。由于流入基极的小电流控制着更大的集电极电流，因此形成了晶体管动作的基础。

PNP 和 NPN 两种晶体管的工作原理完全相同，唯一的区别在于它们的偏置和每种类型的电源极性。

上面给出了PNP和NPN双极晶体管的结构和电路符号，电路符号中的箭头始终显示基极和发射极之间的“常规电流”方向。对于两种晶体管类型，箭头的方向始终从正 P 型区域指向负 N 型区域，与标准二极管符号完全相同。

双极晶体管配置

由于双极晶体管是三端器件，因此在电子电路中基本上有三种可能的连接方式，其中一个端子是输入和输出信号的公共端子。由于晶体管的静态特性随电路布置而变化，因此每种连接方法对其电路中的输入信号的响应都不同。

通用基本配置 – 具有电压增益，但没有电流增益。

共发射极配置 – 具有电流和电压增益。

通用集电极配置 – 具有电流增益，但没有电压增益。

我们以npn晶体管为例，其中集电极电位高于发射极电位，基极电位大约比发射极电位高0.7 V。换言之，基极-发射极结是正向偏置的，而基极-集电极结是反向偏置的。

当基极-发射极结正向偏置时，小电流流入基极，将空穴注入p掺杂基极区域。这降低了基极和发射极之间的能量势垒，允许发射极中的一些自由电子扩散到基极。由于发射极和基极之间的杂质浓度不同，与扩散电子相比，基极中的空穴数量很少。此外，基极非常薄。由于电子的数量大于空穴的数量，并且它们在基极中存在的时间很短，因此大多数扩散电子到达基极-集电极结并流入集电极而不会复合。这是集电极电流。

直流电流增益 hFE主要由基极和发射极之间杂质浓度的差异和基极宽度的厚度决定。BJT是一种集电极电流可以由基极电流控制的器件。

接下来，我们来考虑pnp晶体管。假设集电极电位低于发射极电位，基极电位比发射极电位低约0.7 V。在pnp晶体管的情况下，电子被注入n掺杂的基区。这降低了能量势垒，并允许一些空穴从发射器扩散出来。其中一些空穴与注入基区的电子重新结合。剩余的空穴扩散到基底区域，到达收集器。