晶體管的三種基本結構

現(xiàn)在我們介紹晶體管的幾種基本結構。從工藝角度來分，大致可分為合金管、合金擴散管和臺面管。

一、合金管

合金管是最早使用的晶體管結構。它是在一片N型的單晶兩側分別放置P型材料的小球加溫燒結而成。在制造合金晶體管時，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)射結面積就比集電結面積小。這是因為大面積的集電結更容易收集從小面積的發(fā)射結發(fā)射出來的絕大部分載流子，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，發(fā)射結上加的是正向偏壓，集電結上加的是反向偏壓。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，結上的功耗比發(fā)射結上的功耗大得務、所以集電結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)點是工藝和設備筒單、成本低適合于大量生產等。缺點是形成的結面不平整、結深的精度難于控制（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、合金擴散管

合金擴散管是在合金管的基礎上發(fā)展起來的一種結構。在一次燒結溫度下同時完成合金和擴散兩個過程的晶體管稱為合金擴散管。它是在一片P型鍺片上用雜質銻先預擴散一層極薄的N型層，再在鍺片上放上既含有受主雜質又含有施主雜質的合金小球，然后進行燒結。常用的小球是含有銦、鎵、銻的合金球。銦、鎵是受主雜質，所以在再結晶層形成P型半導體。但是銻的擴散速度比銦、鎵快得多，所以在高溫下，銻比銦、鎵“跑”得快而先形成一層N型擴散層。這樣，在燒結溫度下同時形成了擴散結和合金結，成為一個PNP的合金擴散管，另一鉛銻小球作為基極的歐姆電極。

這種結構所形成的發(fā)射結，由于是合金結，所以雜質分布是突變的，故稱突變結。而集電結是擴散結，所以雜質分布是緩變的，是線性緩變結?？刂坪脽Y溫度和時間，可以得到很薄的基區(qū)寬度。所以合金擴散法形成的晶體管的使用頻率可以做得比合金管高。由于合金擴散管中兩個PN結中有一個是合金結，所以仍存在合金結的缺點，要進一步提高晶體管頻率，這種結構就難于勝任。

三、臺面晶體管

臺面管分擴散臺面管和外延臺面管兩種。擴散臺面管是在P型鍺片上先擴散一層N型擴散層，然后再在N型擴散層上用真空蒸發(fā)金屬的方法制成兩條金屬電極，一條是鋁電極，它與擴散層形成PN合金結作為發(fā)射結；另一條是金、銻合金電極，它與擴散層形成歐姆接觸作為基極，最后進行臺面腐蝕。

擴散臺面管的一個缺點是晶體管的飽和壓降太大。這是因為為了提高擊穿電壓面把集電區(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。外延臺面管是在低阻的晶片上生長一層薄的高阻外延層作為集電區(qū)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)的形成與擴散臺面管方法相同。

臺面管的基區(qū)可以做得很薄，發(fā)射極和基極的電極是狹長的條形電極，它們靠得很近，集電結電容很小所以臺面管的頻率特性比合金擴散管好。但是合金結所具有的這種缺點臺面管同樣存在，所以低頻大功率臺面管的發(fā)射區(qū)采用擴散方法制成。