[科普中国]-漂移晶体管

漂移晶体管是由杂质扩散方法制成的晶体管，由于基区杂质分布不均匀，因此又称为梯度基区晶体管。在这种晶体管中，由于基区杂质不均匀，因而产生一个电场。少子在基区不但有扩散运动，也有漂移运动，甚至以漂移运动为主1。

简介漂移晶体管也称为缓变基区晶体管，就是它的基区掺杂浓度的分布是缓慢变化的，则其基区中存在有能加速少数载流子运动的自建电场，故有漂移晶体管之称。由于基区自建电场对少数载流子的加速作用，漂移晶体管的放大性能和频率性能等都比均匀基区晶体管的要优越。现在所使用的Si平面晶体管等，基区都是通过扩散掺杂来形成的，因此也都是漂移晶体管（只有合金晶体管可认为是均匀基区晶体管）。

对漂移晶体管，其基区的电子电流既有扩散电流, 也有漂移电流，在基区掺杂浓度是指数分布的情况下（表面浓度小，里面浓度大），在基区中可得到恒定的漂移电场。漂移晶体管的所有性能都可以在均匀基区晶体管的基础上简单地给出：只要采用Gummel数来代替均匀基区晶体管的有关表示式中的基区宽度和是基区掺杂浓度即可；Gummel数就是单位面积中性基区的杂质总量。

内建电场的形成若npn晶体管基区的有效受主浓度是x的函数，则多子(空穴)因存在浓度梯度将会扩散，使原来小处带正电荷，大处带负电荷。正、负电荷所产生的电场，称为内建电场。此电场反过来又造成空穴的漂移运动，其方向与扩散运动方向相反。如用代表平衡空穴浓度，代表内建电场，则：

空穴的扩散流密度=

空穴的漂移流密度=

平衡时，空穴的两种电流之和应为0，即：

在利用爱因斯坦关系，可得内建电场：

漂移晶体管中的少子分布和少子电流在推导缓变基区少子分布及少子电流时有两种方法：

（1）求解包括漂移分量在内的少子连续性方程，得出少子分布和少子电流分布，从而导出缓变基区晶体管，I-U方程，这种方法称为精确法，其过程繁杂；

（2）近似法，即忽略少子在基区输运过程中的复合损失，认为基区少子电流近似为常数。这是分析缓变基区晶体管时除指数分布近似外的另一个广泛采用的近似，下面就采用这一近似方法分析。

在基区由于有自建电场，注入电子在基区不仅有扩散运动，也有在自建电场作用下的漂移运动，因此电子电流为：

忽略基区符合损失时，为常数，一般用通过发射结的电子电流代替，于是有：

当晶体管偏置在有源放大区时，集电结边缘处电子密度为零，将边界条件代入得：

经过指数分布近似及化简得：

上式正是均匀基区晶体管工作于有源放大区时的基区少子分布函数。

下图画出了不同电场因子下基区电子浓度分布曲线，图中采用了归一化坐标。

合金扩散晶体管这种晶体管的发射结是合金结，集电结是扩散结，其管芯结构和杂质分布如下图所示。由图可见，发射结为突变结，集电结为缓变结，基区杂质分布有一定的梯度，故称梯度基区晶体管或缓变基区晶体管。合金扩散晶体管具有较好的高频特性，可用于高速开关、高频放大等场合。合金扩散晶体管一般是用锗制造的2。

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学