Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Биполярные транзисторы

Транзисторами называют трехэлектродные полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования электрических сигналов. Термин «транзистор» происходит от комбинации английских слов «transfer of resistor», что в переводе означает «преобразователь сопротивления». Различают две основные группы транзисторов — биполярные и полевые (униполярные), принцип действия которых существенно различается. В биполярных транзисторах происходит перемещение как основных, так и неосновных носителей заряда. В полевых транзисторах перемещаются только основные носители заряда. В биполярных транзисторах управление потоком носителей заряда осуществляется путем изменения уровня их инжекции (или экстракции), в полевых транзисторах поток носителей заряда управляется электрическим полем.

Тиристорами называют переключательные полупроводниковые приборы. Термин «тиристор» происходит от греческого слова «thyra», что означает «дверь». Название подчеркивает возможность открывания и закрывания тиристора.

Устройство и принцип действия биполярного транзистора

Биполярный транзистор — это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. Он представляет собой трехслойный полупроводниковый монокристалл с чередующимся типом электропроводности. Существуют п-р-п-структуры и р-п-р-структуры. Центральную часть монокристалла называют базой (Б). С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, называемая эмиттером (Э), с другой — область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором (К). Между базой и эмиттером существует эмиттерный переход (ЭП), между базой и коллектором — коллекторный переход (КП). Взаимодействие между переходами будет существовать, если толщина базы много меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда.

На рис. 4.1, а показана структура кремниевого монокристалла, изготовленного по эпитаксиально-планарной технологии, которая характерна для большинства современных транзисторов. На сильнолегированной подложке 1 n⁺-типа методом эпитаксии сформирован слаболегированный слой 2 n-типа толщиной около 10 мкм, в котором методом локальной диффузии созданы слой базы 3 с дырочной электропроводностью и слой эмиттера 4 n⁺-типа. Толщина базового слоя составляет около 1 мкм. На поверхности кристалла расположен защитный слой диоксида кремния Si0₂ толщиной порядка 1 мкм, через отверстия в котором осуществлены металлические выводы от эмиттера и базы. Тонкая база имеет значительную протяженность в горизонтальном направлении, поэтому она обладает сравнительно большим сопротивлением R'_б. Чтобы снизить это сопротивление, от базы делают два вывода, которые соединяют вместе.

Основные физические процессы в такой структуре протекают под эмиттером. Эту область называют активной. Остальная часть структуры является пассивной, не оказывающей существенного влияния на работу транзистора. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать упрощенную модель транзистора, показанную на рис. 4.1, б. На рис. 4.1 в, представлено схематичное изображение транзисторов.