光晶體三極管簡介

由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區(qū)內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體三極管三端工作，故容易實現(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、光場效應光晶體管及其相關器件。

雙極型光晶體管從結構上分為同質型和異質型兩種。圖為異質結光晶體管能帶圖。光在基區(qū)-收集區(qū)吸收，產生的空穴(多子)在基區(qū)積累,使發(fā)射結注入更多電子以保持電中性而產生增益。與同質結型 相比有以下優(yōu)點:①采用寬帶發(fā)射區(qū)作為光學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。對于短波長(短于0.9微米)，常用GaAs-GaAlAs系統(tǒng)，對于長波長(長于1.1微米)，則采用 InP-InGaAsP系統(tǒng)。對于后者，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體,光吸收率很高,故可做得較薄，大大縮短了基區(qū)渡越時間。

雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，β可大于1000，響應時間大于納秒(視增益大小不一)。其增益帶寬積GB在小電流弱光照時受發(fā)射極和收集極充電時間常數(shù)限制;而在大電流或強光照時則基本上由基區(qū)渡越時間和收集極渡越時間決定。一般(圖1)，fT為晶體管截止頻率。當采用基區(qū)引線產生適當偏流時，可顯著降低發(fā)射極充電時間常數(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時間。GaAs-GaAlAs光晶體管響應時間為250皮秒或更短。

異質結光晶體管噪聲決定于工作電流，小電流時噪聲較低。但小電流工作時發(fā)射極時間常數(shù)增大，且空間電荷區(qū)復合流占主導成分，也造成增益降低(β正比于，Ie,n≈2)。為減小空間電荷區(qū)復合流,可用分子束外延生長法在靠發(fā)射結一端生長約300埃的寬帶基區(qū),并構成基區(qū)空間電荷區(qū)一部分，這就是"雙基區(qū)"結構。

異質結光晶體管用于光探測器,其性能不劣于PIN光電二極管和場效應復合系統(tǒng)，另外也可用于光放大。

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

晶體三極管是指由兩個PN結組成的具有放大性能的半導體器件?；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三極管結構示意及其符號。不論那種晶體三極管，都有三個區(qū)，即發(fā)射區(qū)、基壓和集電壓。相應地從三個區(qū)引起的三個電極分別叫發(fā)射極e、基極b和集電極c。

晶體三極管有兩個pn結: 發(fā)射結和收集結; 分為3個區(qū): 發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū); 對應引出的3個電極分別稱為發(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，發(fā)射極加正向偏置，使發(fā)射結勢壘降低，發(fā)射區(qū)的電子源源不斷地越過pn結注入基區(qū)，形成發(fā)射電流Ie，這個過程發(fā)射區(qū)電子的擴散運動起主導作用。當然，基區(qū)的空穴也存在向發(fā)射區(qū)的擴散運動，但因其濃度比發(fā)射區(qū)電子濃度小得多，通?？梢院雎? 注入到基區(qū)的電子有一小部分與基區(qū)的空穴復合形成基極電流Ib，它是由兩種載流子共同起作用的結果，這也是雙極晶體管名稱的來源; 注入到基區(qū)的大部分電子不會被復合 (因基區(qū)摻雜濃度低得多)經擴散和漂移抵達集電結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。

發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結叫集電結。在制作時使發(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，在這正向外加電場作用下，越過發(fā)射結進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。(因為基區(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，當大量電子從發(fā)射區(qū)越過發(fā)射結進入基區(qū)后，靠近發(fā)射結的電子濃度比靠近集電結的電子濃度大，在這一濃度差作用下，在很薄的基區(qū)，電子向集電區(qū)擴散。擴散過程中，少量電子與基區(qū)中的空穴相遇，填充空穴，無法再擴散，叫做復合?；鶇^(qū)的空穴不斷與進入基區(qū)的電子復合，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)復合的電子數(shù)僅是進入的電子數(shù)的很小一部分，因此Ib大大小于Ie。

③集電極電流Ic，在集電結上所加的是很大的反向偏壓，這個電壓在集電結上產生的電場對基區(qū)向集電結擴散的電子而言是加速電場。因此，只要電子擴散到集電結，將被這個電場加速而穿過集電結，并被集電極所吸收，形成集電極電流Ic。三者的關系為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，所構成的簡單放大電路，被放大的交變信號u1加到基極與發(fā)射極之間，引起基極電壓變化導致基極電流變化。設基極電壓變化ΔUbe，相應的電流變化為ΔIb，從而導致集電極電流的一個較大變化ΔIc。β=ΔIc/ΔIb稱為三級管的交流(或動態(tài)電流)放大系數(shù)，β值在幾十到100之間，其值反應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載電阻Rc，變化的集電極電流ΔIc流過Rc時，在Rc上產生一個變化的電壓ΔIce=ΔIceRc，若設計合理，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，集電極的反向電流。良好的晶體管Icbo應是很小的;其二集電極-發(fā)射極反向電流Iceo，即基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，又叫穿透電流，它也是晶體管質量的一個標準，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，加于集電極與發(fā)射極的最大允許電壓。否則導致管子擊穿。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生熱量，使結溫升高，超過這一功耗，晶體管可能損壞。

本書全面匯編了國內外電氣和電子設備中所使用的晶體三極管及其模塊的實用關鍵參數(shù)和帶環(huán)型號，內容涉及2006年以前國內外三極管生產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。

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本書適合于電氣和電子設備維修、設計、研究、生產、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 手冊查閱說明

第2章 晶體三極管簡介

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 晶體三極管的結構與符號

2.5 晶體三極管的選用

2.6 晶體三極管的檢測

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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