什么是双极型晶体管?

[拼音]：shuangjixing jingtiguan

[外文]：bipolar transistor

电子和空穴两种载流子都起作用的晶体管，又称结型晶体管。1948年，人们发现原始的点接触晶体管具有放大作用，但由于金属丝与晶体表面的接触很不可靠，因此使用受到很大限制。1950年，用切克劳斯基法拉出锗单晶，接着又拉出硅单晶。1951年发展锗的区域提纯技术和硅的无坩埚区域提纯技术，获得纯度达99.999999％的锗、硅单晶。在PN结理论发展的基础上，加上锗材料、硅材料制备技术的进展，1951年用合金法制成合金结晶体管。1955年杂质向半导体中扩散的新技术得到发展，1956年制成扩散型晶体管，使晶体管的工作频率提高两个数量级。1959年硅表面热生长二氧化硅工艺和光刻技术的发展，促使1960年研制成功平面型晶体管。由于晶体管表面有了钝化层，使器件的稳定性大为提高。平面技术为集成电路和大规模集成电路的研究打下基础。

双极型晶体管有两种基本结构;PNP型和NPN型（图1），由两个背靠背的PN结组成。在这三层半导体中，中间一层叫基区(B)，左右两层分别叫发射区(E)和集电区(C)。发射区和基区间形成发射结，集电区和基区间形成集电结。晶体管按功率耗散能力大小可分为小功率管、中功率管、大功率管。按工作频率的高低可分为低频管、高频管、微波管。按制造工艺又可分为合金管、合金扩散管、台式管、外延平面管（图2）。合金管的基区宽度和结电容都较大，频率性能差，一般仅用于低频电路。合金扩散管的基区由扩散形成，基区较薄，基区杂质分布所形成的内建场能加速少数载流子渡越，因此它的频率特性较好，可用于高频范围。外延平面管的基区和发射区都可用扩散或离子注入工艺形成，基区宽度可精确控制到 0.1微米。采用电子束曝光、干法腐蚀等新工艺可获得亚微米的管芯图形线条。因此，它的工作频率可从超高频一直延伸到微滤 X波段。外延平面管加上掺金工艺可制成超高速开关管和各种高速集成电路（如ECL电路）。

对于 NPN晶体管共发射极电路，若在发射结上加正偏压，在集电结上加负偏压，则晶体管处于放大状态。从基极注入1毫安的电流IC，在集电极就可获得几十毫安的输出电流IC。IC/IC称为共发射极电流放大系数β，一般在10～200之间。由于晶体管的输出阻抗远大于输入阻抗，输出电流又远大于输入电流，因此共发射极晶体管具有很强的电压放大和功率放大能力。在高频工作时，如果使晶体管的外接网络阻抗分别与晶体管的输入、输出阻抗匹配，则可获得最佳功率增益。根据电路的工作需要，晶体管还可接成共基极或共集电极形式。

双极型晶体管比电子管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高、已逐步取代电子管。双极型晶体管已广泛用于广播、电视、通信、雷达、电子计算机、自动控制装置、电子仪器、家用电器等各个领域。

双极型微波低噪声管广泛用于雷达接收机、地面移动通信设备、航空电台、微波接力通信和遥控遥测设备。高速开关晶体管用于高速计算机的逻辑运算单元。高压大功率台式双极型功率管是电视机行扫描电路和电源电路的关键器件。在超低频通信、医用电子仪器中大量使用超低频低噪声晶体管。双极型微波功率晶体管用于相控阵远程预警雷达、微波通信发射机、通信卫星和气象卫星的发射部件中。

硅晶体管的实际频率特性已经接近设计极限。为进一步提高双极型晶体管的工作频率，发展了异质结双极型三极管。采用异质结新结构，可利用高电子迁移率的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体制成双极型晶体管，这是双极型晶体管制造技术的一次重大变革。

参考书目

陈星弼、唐茂成编：《晶体管原理》，国防工业出版社，北京，1981。