光晶體三極管

由雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管等三端器件構(gòu)成的光電器件。光在這類器件的有源區(qū)內(nèi)被吸收，產(chǎn)生光生載流子，通過內(nèi)部電放大機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生光電流增益。光晶體三極管三端工作，故容易實(shí)現(xiàn)電控或電同步。光晶體三極管可分為兩類:雙極型光晶體管、光場(chǎng)效應(yīng)光晶體管及其相關(guān)器件。

雙極型光晶體管從結(jié)構(gòu)上分為同質(zhì)型和異質(zhì)型兩種。圖為異質(zhì)結(jié)光晶體管能帶圖。光在基區(qū)-收集區(qū)吸收，產(chǎn)生的空穴(多子)在基區(qū)積累,使發(fā)射結(jié)注入更多電子以保持電中性而產(chǎn)生增益。與同質(zhì)結(jié)型 相比有以下優(yōu)點(diǎn):①采用寬帶發(fā)射區(qū)作為光學(xué)窗口大大提高量子效率。②采用寬帶發(fā)射區(qū)提高注入效率，大大增加放大倍數(shù)β。對(duì)于短波長(zhǎng)(短于0.9微米)，常用GaAs-GaAlAs系統(tǒng)，對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)(長(zhǎng)于1.1微米)，則采用 InP-InGaAsP系統(tǒng)。對(duì)于后者，也可采用背面光照。這些系統(tǒng)基區(qū)均采用直接能隙半導(dǎo)體,光吸收率很高,故可做得較薄，大大縮短了基區(qū)渡越時(shí)間。

雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對(duì)于GaAs-GaAlAs，β可大于1000，響應(yīng)時(shí)間大于納秒(視增益大小不一)。其增益帶寬積GB在小電流弱光照時(shí)受發(fā)射極和收集極充電時(shí)間常數(shù)限制;而在大電流或強(qiáng)光照時(shí)則基本上由基區(qū)渡越時(shí)間和收集極渡越時(shí)間決定。一般(圖1)，fT為晶體管截止頻率。當(dāng)采用基區(qū)引線產(chǎn)生適當(dāng)偏流時(shí)，可顯著降低發(fā)射極充電時(shí)間常數(shù)，并為基區(qū)積累的光生載流子提供通路，減小基區(qū)等效壽命而縮短響應(yīng)時(shí)間。GaAs-GaAlAs光晶體管響應(yīng)時(shí)間為250皮秒或更短。

異質(zhì)結(jié)光晶體管噪聲決定于工作電流，小電流時(shí)噪聲較低。但小電流工作時(shí)發(fā)射極時(shí)間常數(shù)增大，且空間電荷區(qū)復(fù)合流占主導(dǎo)成分，也造成增益降低(β正比于，Ie,n≈2)。為減小空間電荷區(qū)復(fù)合流,可用分子束外延生長(zhǎng)法在靠發(fā)射結(jié)一端生長(zhǎng)約300埃的寬帶基區(qū),并構(gòu)成基區(qū)空間電荷區(qū)一部分，這就是"雙基區(qū)"結(jié)構(gòu)。

異質(zhì)結(jié)光晶體管用于光探測(cè)器,其性能不劣于PIN光電二極管和場(chǎng)效應(yīng)復(fù)合系統(tǒng)，另外也可用于光放大。

GaAs MESFET可用作極高速光探測(cè)器(GaAs op FET),其響應(yīng)時(shí)間為50皮秒或更短，增益可大于10(與工作條件有關(guān))。它的缺點(diǎn)是光敏面積小。GaAs op FET及其相關(guān)的N溝光電器件的光增益機(jī)構(gòu)有:①光異體機(jī)構(gòu)，增益等于電子速度與空穴速度之比;②轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)機(jī)構(gòu)，其增益來自光生載流子在負(fù)遷移率區(qū)的空間電荷放大作用。與此相關(guān)還有許多其他平面型光電器件，其特點(diǎn)均是速度快(響應(yīng)時(shí)間幾十皮秒)、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應(yīng)用。

晶體三極管是指由兩個(gè)PN結(jié)組成的具有放大性能的半導(dǎo)體器件?；鶚O是晶體三極管的電極之一。

晶體三極管分PNP型和NPN型兩種，鍺管多為PNP型，硅管多為NPN型，圖1分別為PNP、NPN三極管結(jié)構(gòu)示意及其符號(hào)。不論那種晶體三極管，都有三個(gè)區(qū)，即發(fā)射區(qū)、基壓和集電壓。相應(yīng)地從三個(gè)區(qū)引起的三個(gè)電極分別叫發(fā)射極e、基極b和集電極c。

晶體三極管有兩個(gè)pn結(jié): 發(fā)射結(jié)和收集結(jié); 分為3個(gè)區(qū): 發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū); 對(duì)應(yīng)引出的3個(gè)電極分別稱為發(fā)射極、基極和集電極; 基區(qū)在制作上要比其他兩區(qū)薄得多，發(fā)射區(qū)的摻雜要比基區(qū)重得多。在npn型晶體管工作時(shí)，發(fā)射極加正向偏置，使發(fā)射結(jié)勢(shì)壘降低，發(fā)射區(qū)的電子源源不斷地越過pn結(jié)注入基區(qū)，形成發(fā)射電流Ie，這個(gè)過程發(fā)射區(qū)電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起主導(dǎo)作用。當(dāng)然，基區(qū)的空穴也存在向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，但因其濃度比發(fā)射區(qū)電子濃度小得多，通常可以忽略; 注入到基區(qū)的電子有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合形成基極電流Ib，它是由兩種載流子共同起作用的結(jié)果，這也是雙極晶體管名稱的來源; 注入到基區(qū)的大部分電子不會(huì)被復(fù)合 (因基區(qū)摻雜濃度低得多)經(jīng)擴(kuò)散和漂移抵達(dá)集電結(jié)被反向偏置的集電極吸收成為集電極電流Ie，因此集電極電流Ic比基極電流Ib大得多，這就是晶體管作用 (放大) 的基礎(chǔ)。

發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電結(jié)。在制作時(shí)使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大，基區(qū)的多數(shù)載流子濃度比發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子濃度小很多，且基區(qū)做得很薄(1微米到幾十微米)。如圖2示，以NPN管為例說明晶體三極管的工作過程和放大作用。

①發(fā)射結(jié)加正向電壓，Ub>Ue，發(fā)射區(qū)(N型)多數(shù)載流子的電子，在這正向外加電場(chǎng)作用下，越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。(因?yàn)榛鶇^(qū)(P型)的多數(shù)載流子(空穴)濃度很小，這里略去它所形成的電流)。

②基極電流Ib，當(dāng)大量電子從發(fā)射區(qū)越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)后，靠近發(fā)射結(jié)的電子濃度比靠近集電結(jié)的電子濃度大，在這一濃度差作用下，在很薄的基區(qū)，電子向集電區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散過程中，少量電子與基區(qū)中的空穴相遇，填充空穴，無法再擴(kuò)散，叫做復(fù)合?；鶇^(qū)的空穴不斷與進(jìn)入基區(qū)的電子復(fù)合，而基區(qū)的正電源不斷從基區(qū)拉走電子，供給基區(qū)空穴。電子復(fù)合數(shù)量與拉走的數(shù)量(或供給的空穴)相等，這就是基極電流Ib。在基區(qū)復(fù)合的電子數(shù)僅是進(jìn)入的電子數(shù)的很小一部分，因此Ib大大小于Ie。

③集電極電流Ic，在集電結(jié)上所加的是很大的反向偏壓，這個(gè)電壓在集電結(jié)上產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)基區(qū)向集電結(jié)擴(kuò)散的電子而言是加速電場(chǎng)。因此，只要電子擴(kuò)散到集電結(jié)，將被這個(gè)電場(chǎng)加速而穿過集電結(jié)，并被集電極所吸收，形成集電極電流Ic。三者的關(guān)系為Ic=Ic+Ib，Ib<<?，β=Ic/Ib稱為晶體管靜態(tài)電流放大系數(shù)。如圖2示，所構(gòu)成的簡(jiǎn)單放大電路，被放大的交變信號(hào)u1加到基極與發(fā)射極之間，引起基極電壓變化導(dǎo)致基極電流變化。設(shè)基極電壓變化ΔUbe，相應(yīng)的電流變化為ΔIb，從而導(dǎo)致集電極電流的一個(gè)較大變化ΔIc。β=ΔIc/ΔIb稱為三級(jí)管的交流(或動(dòng)態(tài)電流)放大系數(shù)，β值在幾十到100之間，其值反應(yīng)了晶體管的電流放大作用，它太小電流放大作用差，太大將使晶體管工作性能不穩(wěn)定。圖2中在集電極電路接有負(fù)載電阻Rc，變化的集電極電流ΔIc流過Rc時(shí)，在Rc上產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓ΔIce=ΔIceRc，若設(shè)計(jì)合理，ΔU 可以很大于輸入電壓ΔUbe，這就是晶體管的電壓放大作用。

晶體三極管的主要參數(shù)包括:

①電流放大系數(shù)β，手冊(cè)上用hfe表示;

②極間反向電流。其一集電極反向電流Icbo，即發(fā)射極開路時(shí)，集電極的反向電流。良好的晶體管Icbo應(yīng)是很小的;其二集電極-發(fā)射極反向電流Iceo，即基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，又叫穿透電流，它也是晶體管質(zhì)量的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，大了不好。

③極限參數(shù)。其一集電極最大允許電流ICM，使用晶體不得超過此電流值;其二集電極-發(fā)射極擊穿電壓BUceo，即基極開路時(shí)，加于集電極與發(fā)射極的最大允許電壓。否則導(dǎo)致管子擊穿。其三集電極最大允許耗散功率PM，由于集電極電流在集電極產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，超過這一功耗，晶體管可能損壞。

本書全面匯編了國內(nèi)外電氣和電子設(shè)備中所使用的晶體三極管及其模塊的實(shí)用關(guān)鍵參數(shù)和帶環(huán)型號(hào)，內(nèi)容涉及2006年以前國內(nèi)外三極管生產(chǎn)廠家的大部分最新晶體三極管(包括晶體三極管模塊)的型號(hào)。

本書內(nèi)容全面、查閱簡(jiǎn)單、攜帶方便，使一班介紹晶體三極管及其模塊關(guān)鍵參數(shù)和代換資料的最新工具書。

本書適合于電氣和電子設(shè)備維修、設(shè)計(jì)、研究、生產(chǎn)、制作人員，電子器件銷售人員及電子愛好者查閱。

前言

第1章 手冊(cè)查閱說明

第2章 晶體三極管簡(jiǎn)介

2.1 晶體三極管的分類

2.2 晶體三極管的命名

2.3 晶體三極管的參數(shù)

2.4 晶體三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

2.5 晶體三極管的選用

2.6 晶體三極管的檢測(cè)

第3章 晶體三極管普通用數(shù)表

3.1 1開頭的~2R晶體三極管

3.2 2S0開頭的~2S9開頭的晶體三極管

3.3 2SA開頭的晶體三極管

3.4 2SB開頭的晶體三級(jí)管

3.5 2SC開頭的晶體三極管

3.6 2SD開頭的~2Z開頭的晶體三極管

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