ทุกอย่างเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก (BJT)

หน้าแรก คอลัม พื้นฐานอิเล็กทรอนิกส์ ทุกอย่างเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก (BJT)

2024-03-21 2597

ต้นกำเนิดของทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก

ทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยกถูกคิดค้นโดยทีมวิจัยที่ Bell Laboratories ในปี 1947 ทรานซิสเตอร์ตัวแรกประกอบด้วยลวดโลหะสองเส้นที่มีจุดปลายแหลมที่ทำให้จุดที่สัมผัสกับสารตั้งต้นเจอร์เมเนียม แม้ว่าดั้งเดิมตามมาตรฐานปัจจุบัน ทรานซิสเตอร์ตัวแรกนี้ได้เปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดและวิถีชีวิตของมนุษยชาติอย่างมีนัยสำคัญ

ในทรานซิสเตอร์แบบจุดเชื่อมต่อแบบไบโพลาร์สมัยใหม่ ซิลิคอนได้เข้ามาแทนที่เจอร์เมเนียมเป็นสารตั้งต้น และจุดสัมผัสถูกแทนที่ด้วยจุดเชื่อมต่อ pn สองจุดที่อยู่ติดกัน โครงสร้างอาจอยู่ในรูปของ pnp หรือ npn

ทรานซิสเตอร์ ย่อมาจาก "ตัวต้านทานการถ่ายโอน" เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบหลายทางแยก โดยทั่วไปแล้วจะรวมเข้ากับส่วนประกอบวงจรอื่นๆ ทรานซิสเตอร์จะใช้ในการขยายแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือกำลังสัญญาณ

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือที่รู้จักกันในชื่อทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยก (BJT) เป็นหนึ่งในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญที่สุดและพบการใช้งานที่หลากหลายในวงจรความเร็วสูง วงจรแอนะล็อก การขยายกำลัง และอื่นๆ

PN Junction คืออะไร?

เป็นจุดเชื่อมต่อที่เกิดจากการสัมผัสระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n

ตัวอย่างเช่น เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p เปรียบเสมือนดินเหนียวชิ้นสี่เหลี่ยมที่เต็มไปด้วยรูจำนวนมาก (เรียกว่ารูอิเล็กตรอน) คล้ายกับโพรงที่เห็นในกุ้งก้ามกราม เซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ก็เป็นดินเหนียวชิ้นสี่เหลี่ยมเช่นกัน แต่เต็มไปด้วยกุ้งล็อบสเตอร์จำนวนมาก (อิเล็กตรอนอิสระ) เมื่อเรานำดินเหนียวทั้งสองชิ้นมาติดกัน กุ้งมังกรจะคลานเข้าหาโพรง

กุ้งมังกรที่อยู่แถวหน้าสุดจะเป็นคนแรกที่พบโพรงในแถวหน้า เมื่อกุ้งก้ามกรามแถวหน้าคลานเข้าไปในโพรงแล้ว กุ้งก้ามกรามที่อยู่ข้างหลังพวกมันจะต้องปีนขึ้นไปอีกและเผชิญกับความยากลำบากมากขึ้นในการหาโพรง

เนื่องจากโพรงในแถวหน้าใกล้จะหมดลงแล้ว อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงเรียกบริเวณนี้ว่าเป็นบริเวณที่เกิดการพร่อง

ชุมทาง PN มีลักษณะพิเศษที่เรียกว่าการเรียงกระแส ซึ่งยอมให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

มันเหมือนกับประตู มันง่ายสำหรับคนที่ผลักประตูให้เปิดไปในทิศทางเดียว แต่จะยากถ้าคุณพยายามดันไปในทิศทางตรงกันข้าม แน่นอน คุณสามารถใช้แรงผลักประตูอย่างรุนแรงจนพังได้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เราเรียกว่าการพังของทางแยก

เมื่อพิจารณาคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของจุดเชื่อมต่อ PN เส้นโค้งจะแสดงในแผนภาพด้านล่าง

เมื่อมีการใช้อคติไปข้างหน้ากับทางแยก PN ก็เหมือนกับการปิดตาล็อบสเตอร์ในโคลน กุ้งล็อบสเตอร์สายตาสั้นและมองเห็นได้เฉพาะโพรงในแถวหน้าเท่านั้น เป็นผลให้การเคลื่อนไหวโดยรวมของกุ้งล็อบสเตอร์ลดลง และจำนวนกุ้งล็อบสเตอร์คลานเข้าหาโพรงก็ลดลงเช่นกัน ส่งผลให้ความกว้างของบริเวณที่กุ้งล็อบสเตอร์พร่องลดลง

เมื่อมีการใช้อคติย้อนกลับกับทางแยก PN ก็เหมือนกับการให้กล้องโทรทรรศน์ล็อบสเตอร์อยู่ในโคลน กุ้งล็อบสเตอร์สามารถมองเห็นได้ไกลขึ้นและคลานได้อย่างตื่นเต้นมากขึ้น ส่งผลให้กุ้งล็อบสเตอร์ค้นพบโพรงมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนไหวโดยรวมของกุ้งล็อบสเตอร์จึงเพิ่มขึ้น และความกว้างของบริเวณที่สูญเสียของเซมิคอนดักเตอร์ก็ขยายใหญ่ขึ้น

ในรูปด้านล่าง (a) แสดงถึงความกว้างปกติของพื้นที่พร่องในรอยต่อ PN (b) แสดงความกว้างหลังจากใช้อคติไปข้างหน้า และ (c) แสดงความกว้างหลังจากใช้อคติย้อนกลับ

โครงสร้างของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์:

แผนภาพด้านล่างแสดงมุมมองมุมมองของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ pnp กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับการใช้เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p เป็นซับสเตรต โดยใช้หลักการของการแพร่กระจายความร้อนเพื่อสร้างขอบเขตชนิด n บนซับสเตรตชนิด p ต่อจากนั้น บริเวณประเภท p+ ที่มีความเข้มข้นสูงจะเกิดขึ้นในบริเวณประเภท n นี้ผ่านการแพร่กระจายความร้อน สุดท้าย โลหะถูกใช้เพื่อปกปิดบริเวณ p+, n และบริเวณประเภท p ที่ซ่อนอยู่เพื่อสร้างหน้าสัมผัสแบบโอห์มมิก

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ pnp ประกอบด้วยสามบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารต้องห้ามต่างกัน ทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อ pn สองจุด บริเวณ p+ ที่มีความเข้มข้นสูงสุดเรียกว่าตัวปล่อย (แสดงด้วย E)

บริเวณประเภท n แคบขั้นกลางซึ่งมีความเข้มข้นของสารเจือปนปานกลาง เรียกว่าฐาน (แสดงด้วย B) และความกว้างของบริเวณฐานจะต้องเล็กกว่าความยาวการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยมาก

บริเวณที่มีความเข้มข้นของ p-type ต่ำที่สุดเรียกว่าตัวสะสม (แสดงโดย C) สมมติว่าการกระจายความเข้มข้นสม่ำเสมอภายในแต่ละภูมิภาค แนวคิดของจุดเชื่อมต่อ pn สามารถนำไปใช้กับจุดเชื่อมต่อภายในทรานซิสเตอร์ได้โดยตรง

แผนภาพด้านล่างแสดงสัญลักษณ์วงจรของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ pnp ซึ่งระบุส่วนประกอบกระแสต่างๆ และขั้วแรงดันไฟฟ้า ลูกศรและสัญลักษณ์ "+" และ "–" แสดงถึงทิศทางของกระแสและขั้วของแรงดันไฟฟ้าในโหมดการทำงานทั่วไป (เช่น โหมดการขยายเสียง โหมดแอคทีฟ) ของทรานซิสเตอร์ ในโหมดนี้ รอยต่อฐานตัวส่งจะมีไบแอสไปข้างหน้า (VEB > 0) ในขณะที่จุดเชื่อมต่อฐานตัวสะสมจะมีไบแอสแบบย้อนกลับ (VCB < 0) ตาม

กฎวงจรของเคอร์ชอฟฟ์ สำหรับอุปกรณ์สามขั้วนี้ จะมีกระแสอิสระเพียงสองกระแสเท่านั้น หากทราบกระแสสองกระแสใด ๆ ก็สามารถกำหนดกระแสเทอร์มินัลที่สามได้

โครงสร้างและสัญลักษณ์วงจรของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ npn เป็นส่วนเสริมของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ pnp แผนภาพด้านล่างแสดงโครงสร้างในอุดมคติและสัญลักษณ์วงจรของทรานซิสเตอร์ pnp

การแทนที่ขอบเขตประเภท p ด้วยขอบเขตประเภท n และขอบเขตประเภท n ด้วยขอบเขตประเภท p ในโครงสร้างของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ pnp ทำให้ได้โครงสร้างของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ npn ดังนั้นทิศทางกระแสและขั้วแรงดันไฟฟ้าจึงกลับด้านเช่นกัน

เมื่อทำความเข้าใจกับทรานซิสเตอร์ pnp เราสามารถอธิบายทรานซิสเตอร์ npn ได้โดยเพียงแค่สลับขั้วและประเภทยาสลบ

IV. โหมดขยายทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

แผนภาพ (a) แสดงทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ pnp ในอุดมคติในสมดุลความร้อน โดยที่ขั้วต่อทั้งสามขั้วเชื่อมต่อเข้าด้วยกันหรือเชื่อมต่อกับกราวด์ทั้งหมด โดยบริเวณแรเงาแสดงถึงบริเวณที่พร่องของจุดเชื่อมต่อ pn ทั้งสอง

แผนภาพ (b) แสดงให้เห็นความเข้มข้นของสารเจือปนในบริเวณที่เจือสามบริเวณ โดยบริเวณตัวปล่อยมีความเข้มข้นของสารต้องห้ามสูงกว่าบริเวณตัวรวบรวม และบริเวณฐานมีความเข้มข้นต่ำกว่าตัวปล่อย แต่สูงกว่าตัวสะสม

แผนภาพ (c) แสดงให้เห็นการกระจายของสนามไฟฟ้าในบริเวณพร่อง

แผนภาพ (d) แสดงแผนภาพแถบพลังงานของทรานซิสเตอร์ ซึ่งขยายสถานะสมดุลทางความร้อนของทางแยก pn และนำไปใช้กับทางแยก p+ - n สองทางที่อยู่ติดกันและทางแยก n - p

แผนภาพต่อไปนี้สอดคล้องกับการทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดการขยายเสียงดังที่แสดงในภาพประกอบก่อนหน้านี้

แผนภาพ (a) แสดงทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อเป็นเครื่องขยายสัญญาณการกำหนดค่าฐานร่วม โดยที่ฐานถูกใช้ร่วมกันระหว่างวงจรอินพุตและเอาต์พุต

แผนภาพ (b) และ (c) แสดงความหนาแน่นประจุและการกระจายของสนามไฟฟ้าภายใต้สภาวะอคติ เมื่อเปรียบเทียบกับสถานะสมดุลทางความร้อนที่ปรากฎในแผนภาพก่อนหน้า ความกว้างของพื้นที่พร่องที่จุดเชื่อมต่อฐานตัวปล่อยจะแคบลง ในขณะที่พื้นที่พร่องที่จุดเชื่อมต่อฐานตัวส่งจะกว้างขึ้น

แผนภาพ (d) แสดงแผนภาพแถบพลังงานของทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมดการขยายสัญญาณ รอยต่อฐานตัวปล่อยมีความเอนเอียงไปข้างหน้า ส่งผลให้รูถูกฉีดจากบริเวณตัวปล่อย p+ เข้าไปในบริเวณฐาน และอิเล็กตรอนถูกฉีดจากบริเวณฐานเข้าไปในบริเวณตัวปล่อย

ในไดโอดอุดมคติ จะไม่มีกระแสการสร้าง-การรวมตัวใหม่ในบริเวณพร่อง ดังนั้นรูที่ถูกฉีดจากบริเวณตัวปล่อยไปยังบริเวณฐานและอิเล็กตรอนที่ถูกฉีดจากบริเวณฐานไปยังบริเวณตัวปล่อยจะประกอบเป็นกระแสไฟฟ้าของตัวปล่อย

ในทางกลับกัน ทางแยกฐานสะสมจะมีอคติแบบย้อนกลับ ซึ่งจะทำให้กระแสอิ่มตัวแบบย้อนกลับไหลได้ หากบริเวณฐานแคบเพียงพอ รูที่ถูกฉีดจากบริเวณตัวปล่อยเข้าไปในบริเวณฐานสามารถแพร่กระจายผ่านบริเวณฐานและไปถึงขอบของบริเวณพร่องของฐานตัวรวบรวม ซึ่งท้ายที่สุดจะไหลผ่านบริเวณตัวรวบรวมภายใต้การให้น้ำหนักของตัวรวบรวม ทางแยกฐาน

กลไกการขนส่งนี้ทำให้เกิดชื่อ "ตัวส่ง" สำหรับการฉีดตัวพาประจุ และ "ตัวสะสม" สำหรับการรวบรวมตัวพาที่ฉีดจากทางแยกที่อยู่ติดกัน

หากรูที่ฉีดเข้าไปส่วนใหญ่ไม่รวมตัวกันอีกครั้งกับอิเล็กตรอนในบริเวณฐานแต่ไปถึงตัวสะสม กระแสของตัวสะสมเนื่องจากรูจะตรงกับกระแสของรูตัวปล่อยอย่างใกล้ชิด

เห็นได้ชัดว่ารูที่ถูกฉีดจากทางแยกฐานตัวส่งสัญญาณที่อยู่ติดกันสามารถสร้างกระแสที่มีนัยสำคัญในทางแยกฐานตัวสะสมแบบเอนเอียงย้อนกลับ ซึ่งนำไปสู่ผลการขยายของทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อทางแยกทั้งสองนี้อยู่ใกล้กันเพียงพอเท่านั้น จึงเรียกว่าการโต้ตอบทางแยก pn

ในทางกลับกัน ถ้ารอยต่อ pn ทั้งสองนี้อยู่ห่างกันมากเกินไป รูที่เข้ามาทั้งหมดจะรวมตัวใหม่กับอิเล็กตรอนในบริเวณฐานและไม่ไปถึงบริเวณตัวสะสม ส่งผลให้ทรานซิสเตอร์ไม่มีผลในการขยาย ในกรณีนี้ โครงสร้าง pnp จะทำหน้าที่เป็นไดโอด pn ที่เชื่อมต่อแบบ back-to-back สองตัว

อัตราขยายปัจจุบัน: แผนภาพด้านล่างแสดงส่วนประกอบกระแสต่างๆ ในทรานซิสเตอร์ pnp ในอุดมคติที่ทำงานในโหมดการขยายสัญญาณ สมมติว่าไม่มีกระแสการสร้าง-การรวมตัวใหม่ในพื้นที่พร่อง รูที่ถูกฉีดจากบริเวณตัวปล่อยจะประกอบเป็นองค์ประกอบกระแสไฟที่โดดเด่น IEp

รูตกกระทบส่วนใหญ่จะไปถึงอิเล็กโทรดสะสมและก่อตัวเป็น ICp

ที่ฐานมีกระแสสามกระแส: IBB, IEn และ ICN

IBB แสดงถึงกระแสของอิเล็กตรอนที่จ่ายโดยฐานที่รวมตัวใหม่กับรูตกกระทบ (เช่น IBB = IEp - ICp) IEn แสดงถึงกระแสของอิเล็กตรอนที่ถูกฉีดจากบริเวณฐานเข้าสู่บริเวณตัวปล่อย ซึ่งเป็นส่วนประกอบกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งสามารถลดลงได้โดยการเติมสารหนักของตัวปล่อยหรือการใช้จุดแยกเฮเทอโร ICl หมายถึงกระแสอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นใกล้กับทางแยกของตัวสะสมเนื่องจากผลกระทบทางความร้อนที่ไหลจากบริเวณตัวรวบรวมไปยังบริเวณฐาน

โหมดการทำงาน: ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มีโหมดการทำงานสี่โหมด ขึ้นอยู่กับแรงดันไบอัสบนจุดเชื่อมต่อฐานตัวปล่อยและจุดเชื่อมต่อฐานตัวสะสม

แผนภาพด้านล่างแสดงโหมดการทำงานสี่โหมดของทรานซิสเตอร์ pnp และความสัมพันธ์กับ VEB และ VCB การกระจายตัวของผู้ให้บริการรายย่อยในแต่ละโหมดการทำงานจะแสดงในแผนภาพด้วย

ตัวอย่างเช่น ในโหมดแอมพลิฟายเออร์ ชุมทางอิมิตเตอร์-เบสจะมีไบแอสไปข้างหน้า และชุมทางคอลเลกเตอร์-เบสจะมีไบแอสแบบย้อนกลับ

ในโหมดความอิ่มตัว รอยต่อทั้งสองของทรานซิสเตอร์จะมีอคติไปข้างหน้า ส่งผลให้มีพาหะส่วนน้อยในบริเวณพร่องของรอยต่อทั้งสอง

ในโหมดความอิ่มตัว แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยอาจส่งผลให้กระแสเอาต์พุตสูง ส่งผลให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะนำไฟฟ้าคล้ายกับไฟฟ้าลัดวงจร

ในโหมดคัตออฟ จุดเชื่อมต่อทั้งสองของทรานซิสเตอร์มีความเอนเอียงย้อนกลับ นำไปสู่สภาวะขอบเขตของ pn(0) = pn(W) = 0 ทรานซิสเตอร์ในโหมดคัตออฟสามารถมองเห็นได้ว่าเป็นสวิตช์ในตำแหน่งเปิด (หรือปิด) .

ในโหมดกลับหัว ชุมทางฐานตัวปล่อยจะมีอคติแบบย้อนกลับ และจุดเชื่อมต่อฐานตัวสะสมจะมีอคติไปข้างหน้า ในโหมดนี้ อิเล็กโทรดตัวสะสมจะทำหน้าที่เป็นตัวปล่อยและในทางกลับกัน อย่างไรก็ตาม อัตราขยายในปัจจุบันในโหมดกลับด้านมักจะน้อยกว่าในโหมดการขยายสัญญาณ เนื่องจากความเข้มข้นของสารต้องห้ามในภูมิภาคตัวรวบรวมต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณฐาน ส่งผลให้ "ประสิทธิภาพการปล่อยก๊าซ" ต่ำลง

การสลับกระบวนการชั่วคราว: ในวงจรดิจิทัล ทรานซิสเตอร์จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์เป็นหลัก ด้วยการใช้กระแสไฟฐานขนาดเล็ก กระแสคอลเลคเตอร์สามารถเปลี่ยนจากปิดเป็นเปิดได้อย่างรวดเร็ว (และในทางกลับกัน) ในเวลาอันสั้นมาก ในสถานะปิดจะมีแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสต่ำ ในขณะที่สถานะเปิดจะมีแรงดันไฟฟ้าต่ำและกระแสสูง

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์แบบเฮเทอโรจังค์ชั่น (HBT)

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์แบบเฮเทอโรจังค์ชั่น (HBT) หมายถึงทรานซิสเตอร์ที่ทางแยกหนึ่งหรือทั้งสองขั้วทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกัน

ข้อได้เปรียบหลักของ HBT คือประสิทธิภาพการปล่อยก๊าซที่สูง และใช้คล้ายกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ อย่างไรก็ตาม HBT มีความเร็วสูงกว่าและสามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่าได้ เนื่องจากคุณลักษณะเหล่านี้ HBT จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ไมโครเวฟ และแอปพลิเคชันดิจิทัล ในการใช้งานไมโครเวฟ HBT มักใช้ในการผลิตเครื่องขยายสัญญาณไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตรแบบโซลิดสเตต ออสซิลเลเตอร์ และเครื่องผสม

โครงสร้าง HBT พื้นฐาน: เทคโนโลยี HBT ส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาในระบบวัสดุ AlxGa1-xAs/GaAs โครงสร้าง npn HBT พื้นฐานประกอบด้วยชั้น bandgap AlxGa1-xAs แบบกว้างในบริเวณตัวปล่อยชนิด n, ชั้น GaAs แบบ bandgap ที่แคบกว่าในบริเวณฐานประเภท p และตัวรวบรวมชนิด n และบริเวณตัวรวบรวมย่อยที่ทำจากสารเจือเล็กน้อยและสารเจืออย่างหนัก GaAs ตามลำดับ

ในการสร้างหน้าสัมผัสแบบโอห์มมิก จะมีการเพิ่มชั้นแกลเลียมอาร์เซไนด์ชนิด n ที่มีสารเจือสูงระหว่างหน้าสัมผัสของตัวปล่อยและชั้นอะลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความกว้างของแถบความถี่ระหว่างตัวปล่อยและบริเวณฐาน อัตราขยายของกระแสร่วมของตัวปล่อยทั่วไปจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ ในทางตรงกันข้าม ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วแบบโฮโมจังค์ชั่นไม่มีความแตกต่างของความกว้างของแถบความถี่ ดังนั้น อัตราส่วนความเข้มข้นของสารต้องห้ามระหว่างตัวปล่อยและบริเวณฐานจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความแตกต่างพื้นฐานนี้ทำให้แยกโฮโมจังค์ชันออกจากทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบเฮเทอโรจังค์ชัน

HBT ขั้นสูง: ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุจากซีรีส์ InP (เช่น InP/InGaAs หรือ AlInAs/InGaAs) ได้รับการวิจัยอย่างเป็นระบบ และโครงสร้างเฮเทอโรแบบอิง InP มีข้อดีมากมาย โครงสร้าง InP/InGaAs แสดงการรวมตัวของพื้นผิวที่ต่ำมาก และการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนของ InGaAs นั้นสูงกว่า GaAs มาก ส่งผลให้ประสิทธิภาพความถี่สูงเป็นเลิศ

กราฟด้านล่างแสดงเส้นโค้งคุณลักษณะของ HBT ที่ใช้อินเดียมฟอสไฟด์โดยทั่วไป โดยมีความถี่คัตออฟสูงถึง 254 GHz นอกจากนี้ InP ยังแสดงให้เห็นถึงความเร็วดริฟท์ที่สูงกว่า GaAs ภายใต้สนามไฟฟ้าแรงสูงและยังมีแรงดันพังทลายที่สูงกว่าอีกด้วย

ทางแยกเฮเทอโรอีกประเภทหนึ่งคือระบบวัสดุ Si/SiGe ซึ่งนำเสนอคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการสำหรับการใช้งาน HBT เช่นเดียวกับ AlGaAs/GaAs HBT Si/SiGe HBT ยังได้รับประโยชน์จากความสามารถในการฉีดสารจำนวนมากเนื่องจากความกว้างของแบนด์แก็ปต่างกัน ส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพความเร็วสูง

กับดักอินเทอร์เฟซซิลิกอนความหนาแน่นต่ำช่วยลดกระแสการรวมตัวของพื้นผิว ทำให้มั่นใจได้ว่าได้รับกระแสสูงแม้ที่กระแสคอลเลคเตอร์ต่ำ นอกจากนี้ความเข้ากันได้กับเทคโนโลยีการประมวลผลซิลิกอนมาตรฐานก็เป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างมาก

แผนภาพใน (a) แสดงโครงสร้าง Si/SiGe HBT ทั่วไป ในขณะที่ (b) เปรียบเทียบกระแสสะสมของ Si/SiGe HBT กับกระแสของทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบแยกซิลิคอนโฮโมจังก์ชัน แสดงให้เห็นว่า Si/SiGe HBT แสดงอัตราขยายกระแสที่สูงกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ HBT ที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์และอินเดียมฟอสไฟด์ Si/SiGe

HBT มีความถี่คัตออฟต่ำกว่าเนื่องจากการเคลื่อนตัวของพาหะของซิลิคอนต่ำกว่า

ส่วนที่ VI: อุปกรณ์ไทริสเตอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

อุปกรณ์ไทริสเตอร์เป็นส่วนประกอบพลังงานที่สำคัญที่สามารถควบคุมไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟฟ้าสูงได้ ทำให้อุปกรณ์เปลี่ยนจากสถานะปิดหรือถูกปิดกั้นเป็นสถานะเปิดหรือนำไฟฟ้า และในทางกลับกัน การทำงานของพวกมันมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการนำของทั้งอิเล็กตรอนและรู

อย่างไรก็ตาม กลไกและโครงสร้างของสวิตชิ่งนั้นแตกต่างจากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ทำให้มีความสามารถในการควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้าได้หลากหลาย กระแสไฟที่กำหนดอาจมีช่วงตั้งแต่ไม่กี่มิลลิแอมป์ไปจนถึงมากกว่า 5000A โดยมีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเกิน 10,000V

ลักษณะพื้นฐาน: แผนภาพด้านล่างแสดงภาพตัดขวางของอุปกรณ์ไทริสเตอร์ ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้าง pnpn สี่ชั้นที่เกิดจากจุดเชื่อมต่อ pn ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสามจุด ได้แก่ J1, J2 และ J3 p-layer ชั้นนอกสุดที่เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดหน้าสัมผัสเรียกว่าแอโนด ในขณะที่ชั้น n ของอีกด้านหนึ่งเรียกว่าแคโทด โครงสร้างนี้ไม่มีอิเล็กโทรดเพิ่มเติม แสดงถึงอุปกรณ์แบบสองขั้วและเรียกว่าไดโอด pnpn

หากอิเล็กโทรดอื่นที่เรียกว่าเกทเชื่อมต่อกับชั้น p2 ด้านใน อุปกรณ์สามขั้วที่ได้จะเรียกว่าวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยเซมิคอนดักเตอร์ (SCR) หรือไทริสเตอร์

แผนภาพใน (b) แสดงโปรไฟล์การเติมโดยทั่วไปของอุปกรณ์ไทริสเตอร์ โดยเริ่มต้นด้วยเวเฟอร์ซิลิคอนชนิด n ที่มีความต้านทานสูงเป็นวัสดุเริ่มต้น (n-layer) ตามด้วยขั้นตอนการแพร่เพื่อสร้างชั้น p1 และ p2 พร้อมกัน สุดท้าย การผสมหรือการแพร่กระจายจะใช้เพื่อสร้างชั้น n2 ที่ด้านหนึ่งของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

แผนภาพ (c) แสดงแผนภาพแถบพลังงานของอุปกรณ์ไทริสเตอร์ในสมดุลความร้อน แต่ละทางแยกมีชั้นการพร่อง และศักยภาพในตัวถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของสารต้องห้าม

แผนภาพแสดงการใช้งานอุปกรณ์ไทริสเตอร์อย่างง่าย ซึ่งสามารถปรับกำลังที่ส่งจากสายไฟไปยังโหลดได้ โหลด RL อาจเป็นหลอดไฟหรือเครื่องทำความร้อน เป็นต้น กำลังที่ส่งไปยังโหลดในแต่ละรอบจะถูกควบคุมโดยพัลส์กระแสเกตของอุปกรณ์ไทริสเตอร์

หากพัลส์กระแสเกตถูกจ่ายใกล้กับจุดเริ่มต้นของแต่ละรอบ กำลังจะถูกถ่ายโอนไปยังโหลดมากขึ้น ในทางกลับกัน การหน่วงเวลาพัลส์กระแสเกตจะส่งผลให้พลังงานที่ถูกส่งไปยังโหลดลดลงอย่างมากเมื่ออุปกรณ์ไทริสเตอร์ดำเนินการเมื่อสิ้นสุดวงจร

นี่คือข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทุกสิ่งทุกอย่างเกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์

ทุกอย่างเกี่ยวกับเทคโนโลยี Flip Chip