晶体管(BJT)作为两个二极管

电器工程 半导体
2022-01-16 10:10:01

参考 Vasiliy 对这个问题的回答, 为什么两个串联的二极管不能充当 BJT?

“来自正向偏置二极管 P 侧的多余电子不能通过“类 BJT 二极管配置”中的金属线扫到反向偏置二极管的 P 侧。相反,它们被扫到提供电压偏置的电源到二极管的公共端。”

有人可以解释为什么会发生这种情况吗?

2个回答

我故意不想在引用的问题中涉及到这一级别的细节,因为这会使答案进一步复杂化(这已经很复杂了),因此我很高兴你决定提出一个新问题而不仅仅是发布它作为评论。

让我们再次将讨论限制在以下配置:

在此处输入图像描述

确实,这似乎有点奇怪:为什么载流子可以在 NPN 结构的单片基极上扫过(扩散),但不能通过金属线在二极管的两个相邻为什么金属会造成这样的差异?pp

金属-半导体接触

答案植根于金属-半导体接触的本质。这种触点具有整流行为,与 PN 二极管的行为非常相似。事实上,如果您将金属连接到型半导体 - 金属的行为就像非常重掺杂的型。您可以将生成的二极管称为二极管,但它们更广为人知的是肖特基二极管pnN+++P

在此处输入图像描述

但是,如果每个触点都相当于一个肖特基二极管,那么在分析独立的 PN 二极管时为什么不考虑这些二极管呢?这个二极管有两个触点,因此它应该表示为夹在两个肖特基二极管之间的 PN 二极管,对吧?好吧,如果是这样的话,那么半导体永远不会得到今天的重要性。

回想一下,普通 PN 二极管中耗尽区的宽度分布由区和区的相对掺杂水平决定——耗尽区主要延伸到轻掺杂侧。金属-半导体结是 PN 结的极端情况——耗尽区仅存在于半导体一侧,半导体掺杂的越重,耗尽区越窄:pn

Wdep1N

当耗尽区的宽度变得非常小时,就会出现一种称为隧道效应的量子力学效应。以一种非常简化的方式,您可以将电荷载流子视为能够“穿过墙壁”——它们可以在接合处的一侧消失并在另一侧重新出现。这种效应允许电荷载流子克服金属-半导体结施加的整流限制——它们现在可以在任何方向上扫过结。由于载流子穿过结的隧穿速率可能与施加的偏压呈线性相关——这些隧穿接触被称为肖特基欧姆接触,或简称为欧姆接触

这与您的问题没有直接关系,但记住这些是用于将构成器件的半导体与互连和引线的金属连接起来的欧姆触点可能会有所帮助(除非您明确有兴趣实现整改)。因此,通常的 PN 二极管不仅由两个以上的半导体区域组成:

在此处输入图像描述

附加区域(用于二极管;用于二极管)的目的是允许在轻掺杂侧和金属之间形成欧姆接触。p+pn+n+p+n

那么,为什么不呢?

到目前为止,这是一个介绍。现在您明白为什么我在原始答案中跳过了这个解释,对吧?:)

现在我们有足够的背景来解决这个问题:为什么载流子可以扫过型 Base,但不能扫过金属?p

这里的不同之处在于,在 NPN 结构中,载流子是扩散的——它们由于浓度梯度而移动。不需要任何会导致载流子向 CB 结漂移的电场。事实上,这种扩散运动是一种“反电场”,因为连接到基极的正偏压“倾向于吸引”电子。

在两个背靠背二极管配置中,电子能够从底部二极管隧穿到金属线(由于),但是没有电场会导致它们从金属线隧穿到顶部二极管。为什么没有电场?因为无论反向偏置 PN 二极管两端的电压是多少,它都会下降到内部耗尽区(为了“适应”这个过电压而扩展)。因此,顶部二极管的触点上没有电压降,所有隧道进入导线的电子都被扫到电源(忽略顶部二极管的漏电流)。VBE

BJT 是一种利用 PN的 NPN 器件,这是这里的关键。这不是事实,一块 P 型和 N 型彼此相邻,它们非常接近(即在原子水平上)以至于在交界处存在迁移

当电荷迁移时,作为 PN 结的二极管非常非常迅速地变为 P-dep-N。正是这个耗尽区负责产生所需的大约 0.6V 的电压降。反向偏置一个二极管,这个耗尽区会增长,直到施加了太多的电压,整个器件就会损坏。

现在拿一个 BJT:NPN。这很快就变成了 N-dep-P-dep-N,这也是 0.6Vbe 要求的来源。
如果您将电荷注入 P 型掺杂基极,这些少数载流子会被扫入耗尽区,并且正向偏置 BE(类似于二极管),但在此过程中,另一个 PE 结 (CB) 也会受到同样的影响。

现在,如果你拿两个二极管、两个 PN 二极管并将它们放在 PCB 上,你会得到:

--trace--N-dep-P---trace---P-dep-N--trace 您没有在产生碱基的两次尝试之间产生所需的 PN 结。没有少数电荷流动性。

现在缩小它,让它们越来越接近,在衬底水平上,在某些时候,你将开始发生某种形式的电荷迁移,但是几何形状使得你正在制造极差的掺杂 NPN