Hotline Perkhidmatan
Kolumnis
Kolumnis
Segala-galanya tentang transistor simpang bipolar (BJT)
2024-03-21
2597
Asal-usul Transistor Persimpangan Bipolar
Dalam transistor simpang bipolar moden, silikon telah menggantikan germanium sebagai substrat, dan sentuhan titik telah digantikan oleh dua simpang pn berganding bersebelahan. Struktur boleh mengambil bentuk pnp atau npn.
Transistor, singkatan untuk "perintang pemindahan," ialah peranti semikonduktor berbilang simpang. Biasanya disepadukan dengan komponen litar lain, transistor digunakan untuk mencapai penguatan kuasa voltan, arus atau isyarat.
Transistor bipolar, juga dikenali sebagai transistor simpang bipolar (BJT), adalah antara peranti semikonduktor yang paling penting dan menemui aplikasi yang luas dalam litar berkelajuan tinggi, litar analog, penguatan kuasa dan banyak lagi.
Sebagai contoh, semikonduktor jenis-p adalah seperti sekeping tanah liat persegi yang dipenuhi dengan banyak lubang (dikenali sebagai lubang elektron), sama seperti lubang yang dilihat dalam udang galah. Semikonduktor jenis-n juga merupakan sekeping tanah liat persegi, tetapi ia dipenuhi dengan banyak udang galah (elektron bebas). Apabila kita lekatkan kedua-dua keping tanah liat ini, udang galah akan merangkak ke arah liang.
Oleh kerana lubang di barisan hadapan sudah hampir habis, industri semikonduktor merujuk kepada kawasan ini sebagai kawasan penyusutan.
Ia seperti pintu: mudah bagi seseorang untuk menolak pintu ke satu arah, tetapi sukar jika anda cuba menolaknya ke arah yang bertentangan. Sudah tentu, anda boleh menggunakan kuasa yang hebat untuk menolak pintu dengan ganas sehingga ia pecah, satu proses yang kami rujuk sebagai pecahan simpang.
Melihat ciri-ciri voltan semasa bagi simpang PN, lengkung adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Apabila pincang songsang digunakan pada persimpangan PN, ia seperti memberikan teleskop udang galah di dalam lumpur. Lobster boleh melihat lebih jauh dan merangkak dengan lebih teruja, membawa kepada lebih banyak udang galah mencari lubang. Akibatnya, pergerakan keseluruhan udang galah meningkat, dan lebar kawasan penyusutan semikonduktor mengembang.
Rajah di bawah menunjukkan pandangan perspektif transistor bipolar pnp. Proses pembuatan melibatkan penggunaan semikonduktor jenis-p sebagai substrat, menggunakan prinsip resapan terma untuk mencipta kawasan jenis-n pada substrat jenis-p. Selepas itu, kawasan jenis p+ berkepekatan tinggi terbentuk pada kawasan jenis-n ini melalui resapan terma. Akhir sekali, logam digunakan untuk menutup kawasan p+, n, dan asas jenis p untuk membentuk sesentuh ohmik.
Rantau jenis n sempit pertengahan, dengan kepekatan kekotoran sederhana, dipanggil asas (ditandakan dengan B), dan lebar kawasan asas perlu jauh lebih kecil daripada panjang resapan pembawa minoriti;
Kawasan dengan kepekatan p-jenis terendah dipanggil pengumpul (ditandakan dengan C). Dengan mengandaikan pengedaran seragam kepekatan dalam setiap rantau, konsep simpang pn boleh digunakan secara langsung pada simpang dalam transistor.
Menggantikan kawasan jenis-p dengan kawasan jenis-n dan kawasan jenis-n dengan kawasan jenis-p dalam struktur transistor bipolar pnp menghasilkan struktur transistor bipolar npn. Oleh itu, arah arus dan kekutuban voltan juga diterbalikkan.
Gambar rajah (a) menunjukkan transistor bipolar pnp yang ideal dalam keseimbangan terma, di mana tiga terminalnya disambungkan bersama atau semuanya disambungkan ke tanah, dengan kawasan berlorek mewakili kawasan penyusutan dua persimpangan pn.
Rajah (b) menggambarkan kepekatan kekotoran dalam tiga kawasan doped, dengan kawasan pemancar mempunyai kepekatan doping yang jauh lebih tinggi daripada kawasan pengumpul, dan kawasan asas mempunyai kepekatan lebih rendah daripada pemancar tetapi lebih tinggi daripada pengumpul.
Rajah (c) menggambarkan taburan medan elektrik di kawasan penyusutan.
Rajah (d) memaparkan gambarajah jalur tenaga bagi transistor, memanjangkan keadaan keseimbangan terma bagi simpang pn dan mengaplikasikannya pada dua simpang p+ - n dan n - p yang digabungkan bersebelahan.
Rajah (a) menunjukkan transistor disambungkan sebagai penguat konfigurasi asas sepunya, di mana tapak dikongsi antara litar input dan output.
Rajah (b) dan (c) menggambarkan ketumpatan cas dan taburan medan elektrik di bawah keadaan pincang, berbanding dengan keadaan keseimbangan terma yang digambarkan dalam rajah sebelumnya. Lebar kawasan penyusutan di persimpangan pangkalan pemancar mengecil, manakala kawasan penyusutan di persimpangan pangkalan pengumpul melebar.
Rajah (d) memaparkan gambarajah jalur tenaga bagi transistor yang beroperasi dalam mod penguatan. Persimpangan asas pemancar dipincang ke hadapan, menyebabkan lubang disuntik dari kawasan pemancar p+ ke kawasan tapak, dan elektron disuntik dari kawasan asas ke kawasan pemancar.
Sebaliknya, persimpangan asas pengumpul adalah pincang songsang, membenarkan arus tepu songsang mengalir. Jika kawasan asas cukup sempit, lubang yang disuntik dari kawasan pemancar ke kawasan asas boleh meresap melalui kawasan asas dan mencapai pinggir kawasan penyusutan asas pengumpul, akhirnya mengalir melalui kawasan pengumpul di bawah pincang pengumpul- simpang asas.
Mekanisme pengangkutan ini menimbulkan nama "pemancar" untuk pembawa caj suntikan dan "pengumpul" untuk pembawa pengumpul yang disuntik dari persimpangan bersebelahan.
Jika kebanyakan lubang yang disuntik tidak bergabung semula dengan elektron di kawasan asas tetapi mencapai pengumpul, arus pengumpul yang disebabkan oleh lubang akan sepadan dengan arus lubang pemancar.
Jelaslah bahawa lubang-lubang yang disuntik dari persimpangan pangkalan pemancar bersebelahan boleh menghasilkan arus yang ketara dalam persimpangan asas pengumpul-pincang songsang, yang membawa kepada kesan penguatan transistor, yang berlaku hanya apabila kedua-dua persimpangan ini cukup rapat bersama, maka dirujuk sebagai simpang pn berinteraksi.
Sebaliknya, jika kedua-dua simpang pn ini terlalu jauh, semua lubang yang masuk akan bergabung semula dengan elektron di kawasan tapak dan tidak sampai ke kawasan pengumpul, menyebabkan tiada kesan penguatan transistor. Dalam kes ini, struktur pnp hanya bertindak sebagai dua diod pn bersambung belakang ke belakang.
Keuntungan semasa: Rajah di bawah menggambarkan pelbagai komponen semasa dalam transistor pnp ideal yang beroperasi dalam mod penguatan. Dengan mengandaikan tiada arus penjanaan-penggabungan semula di kawasan penyusutan, lubang yang disuntik dari kawasan pemancar membentuk komponen arus utama IEp.
Terdapat tiga arus di pangkalan: IBB, IEn, dan ICn.
IBB mewakili arus elektron yang dibekalkan oleh tapak yang bergabung semula dengan lubang kejadian (iaitu, IBB = IEp - ICp); IEn mewakili arus elektron yang disuntik dari kawasan asas ke kawasan pemancar, yang merupakan komponen arus yang tidak diingini yang boleh dikurangkan dengan doping berat pemancar atau menggunakan heterojunctions; ICn mewakili arus elektron yang dijana berhampiran persimpangan pengumpul disebabkan oleh kesan haba, mengalir dari kawasan pengumpul ke kawasan asas.
Mod pengendalian: Bergantung pada voltan pincang pada persimpangan asas pemancar dan persimpangan asas pengumpul, transistor bipolar mempunyai empat mod pengendalian.
Rajah di bawah menggambarkan empat mod pengendalian transistor pnp dan hubungannya dengan VEB dan VCB. Taburan pembawa minoriti dalam setiap mod operasi juga ditunjukkan dalam rajah.
Contohnya, dalam mod penguatan, persimpangan asas pemancar dipincang ke hadapan, dan persimpangan asas pengumpul dipincang songsang.
Dalam mod ketepuan, kedua-dua simpang transistor dipincang ke hadapan, yang membawa kepada kehadiran pembawa minoriti di kawasan penyusutan kedua-dua simpang.
Dalam mod tepu, voltan kecil boleh menghasilkan arus keluaran yang besar, meletakkan transistor dalam keadaan pengalir yang serupa dengan litar pintas.
Dalam mod cutoff, kedua-dua simpang transistor adalah pincang songsang, membawa kepada keadaan sempadan pn(0) = pn(W) = 0. Transistor dalam mod cutoff boleh dilihat sebagai suis dalam kedudukan terbuka (atau mati) .
Dalam mod songsang, persimpangan asas pemancar dipincang songsang, dan persimpangan asas pengumpul dipincang ke hadapan. Dalam mod ini, elektrod pengumpul berfungsi sebagai pemancar dan sebaliknya. Walau bagaimanapun, keuntungan semasa dalam mod terbalik biasanya lebih kecil daripada dalam mod penguatan disebabkan oleh kepekatan doping yang lebih rendah di kawasan pengumpul berbanding dengan kawasan asas, menyebabkan "kecekapan pelepasan" yang lebih rendah.
Proses sementara menukar: Dalam litar digital, transistor terutamanya bertindak sebagai suis. Dengan menggunakan arus asas yang kecil, arus pengumpul boleh ditukar dengan cepat daripada mati kepada hidup (dan sebaliknya) dalam masa yang sangat singkat. Dalam keadaan mati, terdapat voltan tinggi dan arus rendah, manakala dalam keadaan hidup, terdapat voltan rendah dan arus tinggi.
Transistor Bipolar Heterojunction (HBT)
Transistor Bipolar Heterojunction (HBT) merujuk kepada transistor di mana satu atau kedua-dua simpang diperbuat daripada bahan semikonduktor yang berbeza.
Kelebihan utama HBT ialah kecekapan pelepasan yang tinggi, dan ia digunakan sama dengan transistor bipolar. Walau bagaimanapun, HBT mempunyai kelajuan yang lebih tinggi dan boleh beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Disebabkan oleh ciri-ciri ini, HBT digunakan secara meluas dalam optoelektronik, gelombang mikro dan aplikasi digital. Dalam aplikasi gelombang mikro, HBT biasanya digunakan untuk mengeluarkan gelombang mikro keadaan pepejal dan penguat kuasa gelombang milimeter, pengayun dan pengadun.
Struktur asas HBT: Kebanyakan teknologi HBT dibangunkan dalam sistem bahan AlxGa1-xAs/GaAs. Struktur asas npn HBT terdiri daripada lapisan lebar jalur lebar AlxGa1-xAs dalam kawasan pemancar jenis-n, lapisan GaAs celah jalur yang lebih sempit dalam kawasan asas jenis-p dan kawasan pengumpul dan subpengumpul jenis-n yang diperbuat daripada doped ringan dan doped berat. GaAs, masing-masing.
HBT Lanjutan: Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan daripada siri InP (seperti InP/InGaAs atau AlInAs/InGaAs) telah dikaji secara sistematik dan heterostruktur berasaskan InP menawarkan banyak kelebihan. Struktur InP/InGaAs mempamerkan penggabungan semula permukaan yang sangat rendah, dan mobiliti elektron InGaAs jauh lebih tinggi daripada GaAs, menghasilkan prestasi frekuensi tinggi yang sangat baik.
Graf di bawah menggambarkan lengkung ciri bagi HBT berasaskan indium fosfida biasa, dengan kekerapan potong mencecah sehingga 254 GHz. Selain itu, InP menunjukkan halaju hanyut yang lebih tinggi daripada GaA di bawah medan elektrik yang kuat dan juga mempunyai voltan pecahan yang lebih tinggi.
Ketumpatan rendah perangkap antara muka silikon membantu mengurangkan arus gabungan semula permukaan, memastikan perolehan arus yang tinggi walaupun pada arus pengumpul yang rendah. Selain itu, keserasian dengan teknologi pemprosesan silikon standard adalah satu lagi ciri yang sangat menarik.
Rajah dalam (a) menggambarkan struktur tipikal Si/SiGe HBT, manakala (b) membandingkan arus pengumpul Si/SiGe HBT dengan transistor bipolar homojunction silikon, menunjukkan bahawa Si/SiGe HBT mempamerkan keuntungan arus yang lebih tinggi. Berbanding dengan gallium arsenide dan HBT berasaskan indium phosphide, Si / SiGe
HBT mempunyai frekuensi cutoff yang lebih rendah disebabkan oleh mobiliti pembawa silikon yang lebih rendah.
Ciri-ciri Asas: Rajah di bawah menggambarkan keratan rentas peranti thyristor, yang terdiri daripada struktur pnpn empat lapisan yang dibentuk oleh tiga simpang pn bersambung siri, iaitu J1, J2, dan J3. Lapisan p terluar yang disambungkan kepada elektrod sentuhan dipanggil anod, manakala lapisan n sebelah lagi dirujuk sebagai katod. Struktur ini, tanpa elektrod tambahan, mewakili peranti dua terminal dan dikenali sebagai diod pnpn.
Rajah (c) menggambarkan rajah jalur tenaga bagi peranti thyristor dalam keseimbangan terma. Setiap simpang mempunyai lapisan penyusutan, dan potensi terbina dalam ditentukan oleh kepekatan doping.
Jika nadi arus get digunakan hampir dengan permulaan setiap kitaran, lebih banyak kuasa akan dipindahkan ke beban. Sebaliknya, melambatkan nadi arus get akan mengakibatkan pengurangan kuasa yang ketara dihantar ke beban apabila peranti thyristor mengalir ke arah penghujung kitaran.
Transistor simpang bipolar telah dicipta oleh pasukan penyelidik di Bell Laboratories pada tahun 1947. Transistor pertama terdiri daripada dua wayar logam dengan titik akhir yang tajam membuat sentuhan titik dengan substrat germanium. Walaupun primitif mengikut piawaian hari ini, transistor pertama ini telah mengubah keseluruhan industri elektronik dan cara hidup manusia dengan ketara.
Dalam transistor simpang bipolar moden, silikon telah menggantikan germanium sebagai substrat, dan sentuhan titik telah digantikan oleh dua simpang pn berganding bersebelahan. Struktur boleh mengambil bentuk pnp atau npn.
Transistor, singkatan untuk "perintang pemindahan," ialah peranti semikonduktor berbilang simpang. Biasanya disepadukan dengan komponen litar lain, transistor digunakan untuk mencapai penguatan kuasa voltan, arus atau isyarat.
Transistor bipolar, juga dikenali sebagai transistor simpang bipolar (BJT), adalah antara peranti semikonduktor yang paling penting dan menemui aplikasi yang luas dalam litar berkelajuan tinggi, litar analog, penguatan kuasa dan banyak lagi.
Apa itu PN Junction?
Ia adalah persimpangan yang dibentuk oleh sentuhan antara semikonduktor jenis-p dan semikonduktor jenis-n.
Sebagai contoh, semikonduktor jenis-p adalah seperti sekeping tanah liat persegi yang dipenuhi dengan banyak lubang (dikenali sebagai lubang elektron), sama seperti lubang yang dilihat dalam udang galah. Semikonduktor jenis-n juga merupakan sekeping tanah liat persegi, tetapi ia dipenuhi dengan banyak udang galah (elektron bebas). Apabila kita lekatkan kedua-dua keping tanah liat ini, udang galah akan merangkak ke arah liang.
Udang galah yang paling hadapan adalah yang pertama menemui lubang di barisan hadapan. Apabila udang galah barisan hadapan telah merangkak ke dalam liang, udang galah di belakangnya perlu memanjat lebih jauh dan menghadapi kesukaran yang lebih besar untuk mencari lubang.
Oleh kerana lubang di barisan hadapan sudah hampir habis, industri semikonduktor merujuk kepada kawasan ini sebagai kawasan penyusutan.
Persimpangan PN mempunyai ciri yang dipanggil pembetulan, yang membenarkan arus mengalir dalam satu arah sahaja.
Ia seperti pintu: mudah bagi seseorang untuk menolak pintu ke satu arah, tetapi sukar jika anda cuba menolaknya ke arah yang bertentangan. Sudah tentu, anda boleh menggunakan kuasa yang hebat untuk menolak pintu dengan ganas sehingga ia pecah, satu proses yang kami rujuk sebagai pecahan simpang.
Melihat ciri-ciri voltan semasa bagi simpang PN, lengkung adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Apabila bias ke hadapan digunakan pada simpang PN, ia seperti meletakkan penutup mata pada lobster di dalam lumpur. Udang galah menjadi rabun dan hanya dapat melihat lubang di barisan hadapan. Akibatnya, pergerakan keseluruhan udang galah berkurangan, dan bilangan udang galah yang merangkak ke arah lubang juga berkurangan, mengurangkan lebar kawasan penyusutan.
Apabila pincang songsang digunakan pada persimpangan PN, ia seperti memberikan teleskop udang galah di dalam lumpur. Lobster boleh melihat lebih jauh dan merangkak dengan lebih teruja, membawa kepada lebih banyak udang galah mencari lubang. Akibatnya, pergerakan keseluruhan udang galah meningkat, dan lebar kawasan penyusutan semikonduktor mengembang.
Dalam rajah di bawah, (a) mewakili lebar normal kawasan penyusutan dalam simpang PN, (b) menunjukkan lebar selepas menggunakan pincang ke hadapan, dan (c) menunjukkan lebar selepas menggunakan pincang songsang.
Struktur transistor bipolar:
Rajah di bawah menunjukkan pandangan perspektif transistor bipolar pnp. Proses pembuatan melibatkan penggunaan semikonduktor jenis-p sebagai substrat, menggunakan prinsip resapan terma untuk mencipta kawasan jenis-n pada substrat jenis-p. Selepas itu, kawasan jenis p+ berkepekatan tinggi terbentuk pada kawasan jenis-n ini melalui resapan terma. Akhir sekali, logam digunakan untuk menutup kawasan p+, n, dan asas jenis p untuk membentuk sesentuh ohmik.
Transistor bipolar pnp terdiri daripada tiga kawasan dengan kepekatan doping yang berbeza, membentuk dua persimpangan pn. Kawasan p+ kepekatan tertinggi dipanggil pemancar (ditandakan dengan E);
Rantau jenis n sempit pertengahan, dengan kepekatan kekotoran sederhana, dipanggil asas (ditandakan dengan B), dan lebar kawasan asas perlu jauh lebih kecil daripada panjang resapan pembawa minoriti;
Kawasan dengan kepekatan p-jenis terendah dipanggil pengumpul (ditandakan dengan C). Dengan mengandaikan pengedaran seragam kepekatan dalam setiap rantau, konsep simpang pn boleh digunakan secara langsung pada simpang dalam transistor.
Rajah di bawah menunjukkan simbol litar transistor bipolar pnp, menunjukkan pelbagai komponen semasa dan kekutuban voltan. Anak panah dan simbol "+" dan "–" mewakili arah arus dan kekutuban voltan dalam mod kerja umum (iaitu, mod penguatan, mod aktif) transistor. Dalam mod ini, persimpangan asas pemancar dipincang ke hadapan (VEB > 0), manakala persimpangan tapak pengumpul dipincang songsang (VCB < 0). mengikut
Undang-undang litar Kirchhoff, untuk peranti tiga terminal ini, hanya terdapat dua arus bebas; jika mana-mana dua arus diketahui, arus terminal ketiga boleh ditentukan.
Undang-undang litar Kirchhoff, untuk peranti tiga terminal ini, hanya terdapat dua arus bebas; jika mana-mana dua arus diketahui, arus terminal ketiga boleh ditentukan.
Struktur dan simbol litar transistor bipolar npn adalah pelengkap kepada transistor bipolar pnp. Rajah di bawah menunjukkan struktur dan simbol litar yang ideal bagi transistor pnp.
Menggantikan kawasan jenis-p dengan kawasan jenis-n dan kawasan jenis-n dengan kawasan jenis-p dalam struktur transistor bipolar pnp menghasilkan struktur transistor bipolar npn. Oleh itu, arah arus dan kekutuban voltan juga diterbalikkan.
Memahami transistor pnp, seseorang boleh menerangkan transistor npn dengan hanya menukar jenis kekutuban dan doping.
IV. Mod Penguatan Transistor Bipolar
Gambar rajah (a) menunjukkan transistor bipolar pnp yang ideal dalam keseimbangan terma, di mana tiga terminalnya disambungkan bersama atau semuanya disambungkan ke tanah, dengan kawasan berlorek mewakili kawasan penyusutan dua persimpangan pn.
Rajah (b) menggambarkan kepekatan kekotoran dalam tiga kawasan doped, dengan kawasan pemancar mempunyai kepekatan doping yang jauh lebih tinggi daripada kawasan pengumpul, dan kawasan asas mempunyai kepekatan lebih rendah daripada pemancar tetapi lebih tinggi daripada pengumpul.
Rajah (c) menggambarkan taburan medan elektrik di kawasan penyusutan.
Rajah (d) memaparkan gambarajah jalur tenaga bagi transistor, memanjangkan keadaan keseimbangan terma bagi simpang pn dan mengaplikasikannya pada dua simpang p+ - n dan n - p yang digabungkan bersebelahan.
Rajah berikut sepadan dengan transistor yang beroperasi dalam mod penguatan seperti yang digambarkan dalam ilustrasi sebelumnya.
Rajah (a) menunjukkan transistor disambungkan sebagai penguat konfigurasi asas sepunya, di mana tapak dikongsi antara litar input dan output.
Rajah (b) dan (c) menggambarkan ketumpatan cas dan taburan medan elektrik di bawah keadaan pincang, berbanding dengan keadaan keseimbangan terma yang digambarkan dalam rajah sebelumnya. Lebar kawasan penyusutan di persimpangan pangkalan pemancar mengecil, manakala kawasan penyusutan di persimpangan pangkalan pengumpul melebar.
Rajah (d) memaparkan gambarajah jalur tenaga bagi transistor yang beroperasi dalam mod penguatan. Persimpangan asas pemancar dipincang ke hadapan, menyebabkan lubang disuntik dari kawasan pemancar p+ ke kawasan tapak, dan elektron disuntik dari kawasan asas ke kawasan pemancar.
Dalam diod yang ideal, tiada arus penjanaan-penggabungan semula di kawasan penyusutan, jadi lubang yang disuntik dari kawasan pemancar ke kawasan asas dan elektron yang disuntik dari kawasan asas ke kawasan pemancar membentuk arus pemancar.
Sebaliknya, persimpangan asas pengumpul adalah pincang songsang, membenarkan arus tepu songsang mengalir. Jika kawasan asas cukup sempit, lubang yang disuntik dari kawasan pemancar ke kawasan asas boleh meresap melalui kawasan asas dan mencapai pinggir kawasan penyusutan asas pengumpul, akhirnya mengalir melalui kawasan pengumpul di bawah pincang pengumpul- simpang asas.
Mekanisme pengangkutan ini menimbulkan nama "pemancar" untuk pembawa caj suntikan dan "pengumpul" untuk pembawa pengumpul yang disuntik dari persimpangan bersebelahan.
Jika kebanyakan lubang yang disuntik tidak bergabung semula dengan elektron di kawasan asas tetapi mencapai pengumpul, arus pengumpul yang disebabkan oleh lubang akan sepadan dengan arus lubang pemancar.
Jelaslah bahawa lubang-lubang yang disuntik dari persimpangan pangkalan pemancar bersebelahan boleh menghasilkan arus yang ketara dalam persimpangan asas pengumpul-pincang songsang, yang membawa kepada kesan penguatan transistor, yang berlaku hanya apabila kedua-dua persimpangan ini cukup rapat bersama, maka dirujuk sebagai simpang pn berinteraksi.
Sebaliknya, jika kedua-dua simpang pn ini terlalu jauh, semua lubang yang masuk akan bergabung semula dengan elektron di kawasan tapak dan tidak sampai ke kawasan pengumpul, menyebabkan tiada kesan penguatan transistor. Dalam kes ini, struktur pnp hanya bertindak sebagai dua diod pn bersambung belakang ke belakang.
Keuntungan semasa: Rajah di bawah menggambarkan pelbagai komponen semasa dalam transistor pnp ideal yang beroperasi dalam mod penguatan. Dengan mengandaikan tiada arus penjanaan-penggabungan semula di kawasan penyusutan, lubang yang disuntik dari kawasan pemancar membentuk komponen arus utama IEp.
Kebanyakan lubang kejadian akan sampai ke elektrod pengumpul dan membentuk ICp.
Terdapat tiga arus di pangkalan: IBB, IEn, dan ICn.
IBB mewakili arus elektron yang dibekalkan oleh tapak yang bergabung semula dengan lubang kejadian (iaitu, IBB = IEp - ICp); IEn mewakili arus elektron yang disuntik dari kawasan asas ke kawasan pemancar, yang merupakan komponen arus yang tidak diingini yang boleh dikurangkan dengan doping berat pemancar atau menggunakan heterojunctions; ICn mewakili arus elektron yang dijana berhampiran persimpangan pengumpul disebabkan oleh kesan haba, mengalir dari kawasan pengumpul ke kawasan asas.
Mod pengendalian: Bergantung pada voltan pincang pada persimpangan asas pemancar dan persimpangan asas pengumpul, transistor bipolar mempunyai empat mod pengendalian.
Rajah di bawah menggambarkan empat mod pengendalian transistor pnp dan hubungannya dengan VEB dan VCB. Taburan pembawa minoriti dalam setiap mod operasi juga ditunjukkan dalam rajah.
Contohnya, dalam mod penguatan, persimpangan asas pemancar dipincang ke hadapan, dan persimpangan asas pengumpul dipincang songsang.
Dalam mod ketepuan, kedua-dua simpang transistor dipincang ke hadapan, yang membawa kepada kehadiran pembawa minoriti di kawasan penyusutan kedua-dua simpang.
Dalam mod tepu, voltan kecil boleh menghasilkan arus keluaran yang besar, meletakkan transistor dalam keadaan pengalir yang serupa dengan litar pintas.
Dalam mod cutoff, kedua-dua simpang transistor adalah pincang songsang, membawa kepada keadaan sempadan pn(0) = pn(W) = 0. Transistor dalam mod cutoff boleh dilihat sebagai suis dalam kedudukan terbuka (atau mati) .
Dalam mod songsang, persimpangan asas pemancar dipincang songsang, dan persimpangan asas pengumpul dipincang ke hadapan. Dalam mod ini, elektrod pengumpul berfungsi sebagai pemancar dan sebaliknya. Walau bagaimanapun, keuntungan semasa dalam mod terbalik biasanya lebih kecil daripada dalam mod penguatan disebabkan oleh kepekatan doping yang lebih rendah di kawasan pengumpul berbanding dengan kawasan asas, menyebabkan "kecekapan pelepasan" yang lebih rendah.
Proses sementara menukar: Dalam litar digital, transistor terutamanya bertindak sebagai suis. Dengan menggunakan arus asas yang kecil, arus pengumpul boleh ditukar dengan cepat daripada mati kepada hidup (dan sebaliknya) dalam masa yang sangat singkat. Dalam keadaan mati, terdapat voltan tinggi dan arus rendah, manakala dalam keadaan hidup, terdapat voltan rendah dan arus tinggi.
Transistor Bipolar Heterojunction (HBT)
Transistor Bipolar Heterojunction (HBT) merujuk kepada transistor di mana satu atau kedua-dua simpang diperbuat daripada bahan semikonduktor yang berbeza.
Kelebihan utama HBT ialah kecekapan pelepasan yang tinggi, dan ia digunakan sama dengan transistor bipolar. Walau bagaimanapun, HBT mempunyai kelajuan yang lebih tinggi dan boleh beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Disebabkan oleh ciri-ciri ini, HBT digunakan secara meluas dalam optoelektronik, gelombang mikro dan aplikasi digital. Dalam aplikasi gelombang mikro, HBT biasanya digunakan untuk mengeluarkan gelombang mikro keadaan pepejal dan penguat kuasa gelombang milimeter, pengayun dan pengadun.
Struktur asas HBT: Kebanyakan teknologi HBT dibangunkan dalam sistem bahan AlxGa1-xAs/GaAs. Struktur asas npn HBT terdiri daripada lapisan lebar jalur lebar AlxGa1-xAs dalam kawasan pemancar jenis-n, lapisan GaAs celah jalur yang lebih sempit dalam kawasan asas jenis-p dan kawasan pengumpul dan subpengumpul jenis-n yang diperbuat daripada doped ringan dan doped berat. GaAs, masing-masing.
Untuk membentuk sesentuh ohmik, lapisan gallium arsenide n-jenis yang sangat terdop ditambah antara sesentuh pemancar dan lapisan aluminium gallium arsenide. Disebabkan perbezaan ketara dalam lebar celah jalur antara kawasan pemancar dan asas, keuntungan arus pemancar sepunya boleh ditingkatkan dengan ketara. Sebaliknya, transistor bipolar homojunction tidak mempunyai perbezaan lebar jurang jalur, dan oleh itu, nisbah kepekatan doping antara kawasan pemancar dan asas mesti ditingkatkan dengan ketara. Perbezaan asas ini membezakan homojunction daripada transistor bipolar heterojunction.
HBT Lanjutan: Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan daripada siri InP (seperti InP/InGaAs atau AlInAs/InGaAs) telah dikaji secara sistematik dan heterostruktur berasaskan InP menawarkan banyak kelebihan. Struktur InP/InGaAs mempamerkan penggabungan semula permukaan yang sangat rendah, dan mobiliti elektron InGaAs jauh lebih tinggi daripada GaAs, menghasilkan prestasi frekuensi tinggi yang sangat baik.
Graf di bawah menggambarkan lengkung ciri bagi HBT berasaskan indium fosfida biasa, dengan kekerapan potong mencecah sehingga 254 GHz. Selain itu, InP menunjukkan halaju hanyut yang lebih tinggi daripada GaA di bawah medan elektrik yang kuat dan juga mempunyai voltan pecahan yang lebih tinggi.
Satu lagi jenis heterojunction ialah sistem bahan Si/SiGe, yang menawarkan beberapa ciri menarik untuk aplikasi HBT. Sama seperti HBT AlGaAs/GaAs, HBT Si/SiGe juga mendapat manfaat daripada keupayaan untuk membius dengan banyak disebabkan perbezaan lebar celah jalur, menghasilkan prestasi berkelajuan tinggi.
Ketumpatan rendah perangkap antara muka silikon membantu mengurangkan arus gabungan semula permukaan, memastikan perolehan arus yang tinggi walaupun pada arus pengumpul yang rendah. Selain itu, keserasian dengan teknologi pemprosesan silikon standard adalah satu lagi ciri yang sangat menarik.
Rajah dalam (a) menggambarkan struktur tipikal Si/SiGe HBT, manakala (b) membandingkan arus pengumpul Si/SiGe HBT dengan transistor bipolar homojunction silikon, menunjukkan bahawa Si/SiGe HBT mempamerkan keuntungan arus yang lebih tinggi. Berbanding dengan gallium arsenide dan HBT berasaskan indium phosphide, Si / SiGe
HBT mempunyai frekuensi cutoff yang lebih rendah disebabkan oleh mobiliti pembawa silikon yang lebih rendah.
Bahagian VI: Peranti Thyristor dan Peranti Kuasa Berkaitan
Peranti thyristor ialah komponen kuasa penting yang mampu mengawal voltan tinggi dan arus tinggi, membolehkan peranti beralih daripada keadaan tertutup atau terhalang kepada keadaan terbuka atau mengalir, dan sebaliknya. Operasi mereka berkait rapat dengan transistor bipolar, yang melibatkan pengaliran kedua-dua elektron dan lubang.
Walau bagaimanapun, mekanisme pensuisan dan strukturnya berbeza daripada transistor bipolar, menawarkan pelbagai keupayaan kawalan arus dan voltan. Arus undian boleh berjulat dari beberapa miliampere hingga lebih 5000A, dengan voltan terkadar melebihi 10,000V.
Walau bagaimanapun, mekanisme pensuisan dan strukturnya berbeza daripada transistor bipolar, menawarkan pelbagai keupayaan kawalan arus dan voltan. Arus undian boleh berjulat dari beberapa miliampere hingga lebih 5000A, dengan voltan terkadar melebihi 10,000V.
Ciri-ciri Asas: Rajah di bawah menggambarkan keratan rentas peranti thyristor, yang terdiri daripada struktur pnpn empat lapisan yang dibentuk oleh tiga simpang pn bersambung siri, iaitu J1, J2, dan J3. Lapisan p terluar yang disambungkan kepada elektrod sentuhan dipanggil anod, manakala lapisan n sebelah lagi dirujuk sebagai katod. Struktur ini, tanpa elektrod tambahan, mewakili peranti dua terminal dan dikenali sebagai diod pnpn.
Jika elektrod lain, yang dikenali sebagai get, disambungkan ke lapisan p2 dalam, peranti tiga terminal yang terhasil dipanggil penerus terkawal semikonduktor (SCR) atau thyristor.
Rajah di (b) menunjukkan profil doping biasa bagi peranti thyristor. Ia bermula dengan wafer silikon jenis-n dengan rintangan tinggi sebagai bahan permulaan (lapisan-n), diikuti dengan langkah resapan untuk membentuk lapisan p1 dan p2 secara serentak. Akhir sekali, pengaloian atau resapan digunakan untuk mencipta lapisan n2 pada satu sisi wafer silikon.
Rajah (c) menggambarkan rajah jalur tenaga bagi peranti thyristor dalam keseimbangan terma. Setiap simpang mempunyai lapisan penyusutan, dan potensi terbina dalam ditentukan oleh kepekatan doping.
Gambar rajah menggambarkan aplikasi mudah peranti thyristor, yang boleh melaraskan kuasa yang dihantar dari talian kuasa kepada beban. Beban, RL, boleh menjadi mentol lampu atau pemanas, sebagai contoh. Kuasa yang dihantar ke beban dalam setiap kitaran dikawal oleh nadi arus get peranti thyristor.
Jika nadi arus get digunakan hampir dengan permulaan setiap kitaran, lebih banyak kuasa akan dipindahkan ke beban. Sebaliknya, melambatkan nadi arus get akan mengakibatkan pengurangan kuasa yang ketara dihantar ke beban apabila peranti thyristor mengalir ke arah penghujung kitaran.
Ini adalah semua maklumat mengenai transistor bipolar.
Syor Berkaitan
粤公网安备44030002007346号