體硅襯底和絕緣體上硅(Silicon on Insulator,SOI)襯底是硅基集成電路制造業(yè)最基本的原材料。關(guān)于多晶硅材料制備、硅單晶制備、硅圓片制備、硅圓片外延、絕緣體上硅和硅片材料檢測等相關(guān)知識(shí)。
硅基器件是集成電路的基石,硅基器件主要包括雙極晶體管(Bipolar Junction Transitor, BJT)、MOSFET、鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)、全耗盡型SOI(Fully Depleted SOI,FD-SOI)、超級(jí)結(jié)(Super Junction)、橫向擴(kuò)散晶體管(Laterally Diffusion MOS,LDMOS)和集成無源元件(Intergrated Passive Device,IPD)等基本元器件。
雙極晶體管(BJT)是最基礎(chǔ)的集成電路器件之一,在集成電路發(fā)展史中起著重要的作用。因?yàn)檫@種晶體管工作時(shí),電子和空穴兩種載流子均參與導(dǎo)電,所以被稱為雙極性結(jié)型晶體管,簡稱雙極晶體管。如圖6-4所示,BJT可以看作是由兩個(gè)背靠背的pn結(jié)二極管構(gòu)成的,根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同,可以分為n-p-n和p-n-p兩種類型。以n-p-n型晶體管為例,P型摻雜區(qū)為晶體管的基極(Base,B),兩側(cè)的n型摻雜區(qū)分別是晶體管的發(fā)射極(Emitter,E)和集電極(Collector,C)。
正常工作時(shí),基極和發(fā)射極構(gòu)成的發(fā)射結(jié)接正向偏置電壓,發(fā)射極的電子注入到基區(qū);同時(shí),在基極和集電極構(gòu)成的集成結(jié)反向電場作用下,大部分電子將注入集電極。由于基區(qū)一般很薄,而且摻雜濃度較低,所以基極電流很小,經(jīng)過放大后形成集電極電流。
與MOS晶體管的載流子表面導(dǎo)電不同,BJT屬于體器件,載流子在半導(dǎo)體內(nèi)部輸運(yùn),具有跨導(dǎo)高、速度快、功率高的特點(diǎn)。事實(shí)上,20世紀(jì)70年代以前的集成電路單元主要是基于BJT架構(gòu)的。但是,由于BJT在關(guān)態(tài)時(shí)其泄漏電流相對(duì)于MOS晶體管大很多,隨著芯片集成度的提高,芯片功耗和散熱的問題越來越突出,BJT逐漸被MOS晶體管取代。雖然目前大多數(shù)集成電路都采用MOS晶體管作為基本單元,但在模擬電路、射頻電路及高速、功率控制應(yīng)用中,BJT因?yàn)槠渚哂须娏髟鲆娲?,跨?dǎo)高等優(yōu)勢,仍然是構(gòu)成這部分集成電路的重要單元。
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:集成電路中的硅基器件—雙極晶體管BJT
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