《模拟电子技术前传》--(十一)BJT—基本结构与能带图
上衫越emm
2024年07月28日 22:15
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1.BJT的基本结构

BJT(双极结型晶体管)也是由PN结构成的器件,我们可以类比MOSFET来学习BJT,下面是npn BJT的剖面图:

BJT也是三端器件,主体部分也是两个背靠背的PN结,我们把BJT的三极分别叫做发射极E(emitter),基极B(base),集电极C(collector)。根据PN结掺杂类型不同我们将BJT分为npn型和pnp型,本文主要讨论npn型BJT,即基极是p型掺杂,电路中结构如下图:


2.与MOSFET的异同

由于结构的相似性,我们可以类比MOSFET:

在BJT 中,发射极是载流子的源,将载流子注入基区,最终流入集电极;基区的电压(电流)控制有多少载流子可以从发射极流向集电极。

 

但也有以下两点主要区别

(1)在MOSFET 中,栅压是通过电容结构耦合到沟道,而BJT中,基极与E,C极之间的电流

通路是相连的;

(2)在MOSFET 中的电流是在电场作用下通过漂移从源端到达漏端的,而BJT中,发射极到集电极电流至少有一部分是通过扩散实现的;

 


3.能带结构

为了简化分析,我们将理想的npnBJT抽象成下图结构:

注:图中集电极被分为了两部分,一部分是n轻掺杂,另外一部分是n+重掺杂,这样做的目的是与金属电极形成欧姆接触,降低接触电阻损耗。

无外加电压时,BJT平衡能带图为:

仍然遵循费米能级的一致性,且由于发射极和集电极都是重掺杂,费米能级移动到与导带底相平。发射极区和集电极区多子是电子,而基区多子是空穴,形成了天然的势垒,因此BJT在不外加电压时,没有电流通过。

当E-B结加正偏电压(使势垒降低),B-C结加反偏电压(使势垒升高)时能带图变为:

考虑一下载流子将如何运动?

由于发射区和基区的势垒降低,发射区的多子电子大量进入基区,由于基区十分窄,一小部分电子与基区多子空穴复合,其他绝大部分电子都顺着B-C结的陡峭的“悬崖”进入了集电极区,形成外部电流。综上,我们可以初步知道电子从左向右运动,所以电流从右向左流动。


小结:本节我们初步认识了BJT,由于也是PN结构成的三极器件,我们可以类比MOSFET来学习BJT,体会基区对发射区电流的控制作用 ;通过能带图,我们对电子的运动有了初步的认识,下一节我们将深入理解BJT的电流机制,并尝试推导BJT的重要参数α和β