現(xiàn)在我們介紹晶體管的幾種基本結(jié)構(gòu)。從工藝角度來(lái)分,大致可分為合金管、合金擴(kuò)散管和臺(tái)面管。
一、合金管
合金管是最早使用的晶體管結(jié)構(gòu)。它是在一片N型的單晶兩側(cè)分別放置P型材料的小球加溫?zé)Y(jié)而成。在制造合金晶體管時(shí),作為形成發(fā)射區(qū)所用的合金球要比作為形成集電區(qū)的合金球小。這樣,形成的發(fā)射結(jié)面積就比集電結(jié)面積小。這是因?yàn)榇竺娣e的集電結(jié)更容易收集從小面積的發(fā)射結(jié)發(fā)射出來(lái)的絕大部分載流子,因而能得到較高的電流放大能力。另一方面,晶體管在工作時(shí),發(fā)射結(jié)上加的是正向偏壓,集電結(jié)上加的是反向偏壓。反向偏壓比正向偏壓大得多,而發(fā)射極電流和集電極電流幾乎相等,因此,結(jié)上的功耗比發(fā)射結(jié)上的功耗大得務(wù)、所以集電結(jié)必須有盡可能大的面積,以承受大的耗散功率。
合金管的優(yōu)點(diǎn)是工藝和設(shè)備筒單、成本低適合于大量生產(chǎn)等。缺點(diǎn)是形成的結(jié)面不平整、結(jié)深的精度難于控制(也就是基區(qū)寬度難于控制),所以合金管的使用頻率較低。
二、合金擴(kuò)散管
合金擴(kuò)散管是在合金管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)。在一次燒結(jié)溫度下同時(shí)完成合金和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程的晶體管稱為合金擴(kuò)散管。它是在一片P型鍺片上用雜質(zhì)銻先預(yù)擴(kuò)散一層極薄的N型層,再在鍺片上放上既含有受主雜質(zhì)又含有施主雜質(zhì)的合金小球,然后進(jìn)行燒結(jié)。常用的小球是含有銦、鎵、銻的合金球。銦、鎵是受主雜質(zhì),所以在再結(jié)晶層形成P型半導(dǎo)體。但是銻的擴(kuò)散速度比銦、鎵快得多,所以在高溫下,銻比銦、鎵“跑”得快而先形成一層N型擴(kuò)散層。這樣,在燒結(jié)溫度下同時(shí)形成了擴(kuò)散結(jié)和合金結(jié),成為一個(gè)PNP的合金擴(kuò)散管,另一鉛銻小球作為基極的歐姆電極。
這種結(jié)構(gòu)所形成的發(fā)射結(jié),由于是合金結(jié),所以雜質(zhì)分布是突變的,故稱突變結(jié)。而集電結(jié)是擴(kuò)散結(jié),所以雜質(zhì)分布是緩變的,是線性緩變結(jié)??刂坪脽Y(jié)溫度和時(shí)間,可以得到很薄的基區(qū)寬度。所以合金擴(kuò)散法形成的晶體管的使用頻率可以做得比合金管高。由于合金擴(kuò)散管中兩個(gè)PN結(jié)中有一個(gè)是合金結(jié),所以仍存在合金結(jié)的缺點(diǎn),要進(jìn)一步提高晶體管頻率,這種結(jié)構(gòu)就難于勝任。
三、臺(tái)面晶體管
臺(tái)面管分?jǐn)U散臺(tái)面管和外延臺(tái)面管兩種。擴(kuò)散臺(tái)面管是在P型鍺片上先擴(kuò)散一層N型擴(kuò)散層,然后再在N型擴(kuò)散層上用真空蒸發(fā)金屬的方法制成兩條金屬電極,一條是鋁電極,它與擴(kuò)散層形成PN合金結(jié)作為發(fā)射結(jié);另一條是金、銻合金電極,它與擴(kuò)散層形成歐姆接觸作為基極,最后進(jìn)行臺(tái)面腐蝕。
擴(kuò)散臺(tái)面管的一個(gè)缺點(diǎn)是晶體管的飽和壓降太大。這是因?yàn)闉榱颂岣邠舸╇妷好姘鸭妳^(qū)的電阻率選得太高的緣故。為了兼顧擊穿電壓和飽和壓降,可以采用外延的方法。外延臺(tái)面管是在低阻的晶片上生長(zhǎng)一層薄的高阻外延層作為集電區(qū),發(fā)射區(qū)和基區(qū)的形成與擴(kuò)散臺(tái)面管方法相同。
臺(tái)面管的基區(qū)可以做得很薄,發(fā)射極和基極的電極是狹長(zhǎng)的條形電極,它們靠得很近,集電結(jié)電容很小所以臺(tái)面管的頻率特性比合金擴(kuò)散管好。但是合金結(jié)所具有的這種缺點(diǎn)臺(tái)面管同樣存在,所以低頻大功率臺(tái)面管的發(fā)射區(qū)采用擴(kuò)散方法制成。
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晶體管
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