1、Bipolar-junction-Transistor

1SpecializedEnglishSchoolofPhysics&OptoelectronicEngineeringW.Zhang电子科学与技术专业英语》》2Chapter2SemiconductorDevice电子科学与技术专业英语》》2.1BipolarjunctionTransistor3电子科学与技术专业英语》》Thebipolarjunctiontransistor(BJT)wasinventedinJanuary1948,afewweeksaftertheinventionofthefirsttransistor(thepoint-contacttransistor),andmonthsbeforethepoint-contactdevicewasannounced.ThereasonfortheinventionoftheBJTisaprimeobjectlessoninengineeringpractice.在点接触晶体管也就是首个晶体管发明之后几周，点接触器件首次制备之前几个月，在1948年1月发明了双极结型晶体管。晶体管发明的原因在于工程应用的实际实物教学课需要。4电子科学与技术专业英语》》Thepoint-contacttransistorwasfabricatedbyprimitiveand“artistic”methods,anditsdetailedstructureandoperationremainuncleartothisveryday.Evenworse,itposedacomplexthree-dimensionalproblem.点接触晶体管通过简单较完美的方法制备，它详细的结构与工作原理在当时仍然不清楚。更麻烦的是由此提出了一个复杂的三维难题。5电子科学与技术专业英语》》TheinventoroftheBJT,WilliamShockley,wasatthetimethesupervisorofthetwoinventors(or“discoverers”)ofthepoint-contacttransistor,JohnBardeenandWalterBrattain.Hewasendeavoring,withsoundengineeringinstinct,toconceiveofaone–dimensionalanalogofthepoint-contactdeviceasawayofopeningthedoortoanalyticalinvestigationofitsoperation.双极结型晶体管的发明者（WilliamShockley）是点接触晶体管两个发明者（JohnBardeen和WalterBrattain）的领导。他凭其工程方面的直觉努力分析，提出了点接触器件的一维模拟设想，该设想开创了晶体管工作原理的分析研究的先河。6电子科学与技术专业英语》》Suddenlyherealizedthatthestructurehewaspostulatingwasitselfatransistor,andontothatlentitselftoanalysisatbasiclevel!Itbecamethebipolarjunctiontransistor.Reducedtopracticein1951,ithadforallpracticalpurposesshoulderedthepoint-contactdeviceasidebythemid-1950s.后来他认识到了晶体管的前提结构有助于在基本条件下分析晶体管。它是双极结型晶体管。在1951年对结构进行了归纳，到20世纪50年代中期这种点接触器件已具有实际应用意义。7电子科学与技术专业英语》》Agenuineunderstandingofthepoint-contacttransistorwillprobablyneverbeachieved,becauseitisinferiortocompetingdevicesinsomanyrespectsthatitnolongerarousesevenacademicinterest.Nonetheless,itsplaceinhistoryisassuredasthefirstpracticalamplifyingdeviceintheeraofsolid-stateelectronics.并未得到对点接触晶体管的真正理解，原因在于在许多方面特别是作为并非完整的器件所以未引起学术上的兴趣。尽管如此在历史上在固态电子时代里确实是首个应用型放大器件。8电子科学与技术专业英语》》Earlyinthe1950s,Shockleyproposedtheadjectivebipolartodescribehisnewlyconceiveddevicebecausebothcarriertypesplayimportantrolesinitsoperation;bycontrast,hedescribeddeviceinthefield-effectfamily(whichhealsolaunchedinsofaraspracticalembodimentswereconcerned)asunipolar,becausetheiroperationdependsprimarilyonasinglecarriertype.早在20世纪50年代，Shockley在了解所有载流子类型都在晶体管作用机理起重要作用的基础上，提出了用附属结来描述他新设想的器件。同时，由于晶体管作用重要还是依赖于单种载流子类型，他也提出在场效应系列器件（他所提出的就实用器件而言）都是单向的。9电子科学与技术专业英语》》Inmorerecenttimes,theneedtodistinguishamongtheproliferatingvarietiesoftransistorshascausedthetermbipolarjunctiontransistortocomeintocommonuse,andtheresultingacronymBJTtocomeintoevenmorecommonuse.在更近一段时间，正是区分晶体管的扩散机理不同的需要，双集结型晶体管已成为常用器件，BJT成为这种更常用器件的实际简称。10电子科学与技术专业英语》》Thiskindofdistinctionisimportant,Shockley’sfirstfield-effectdevicewasa“unipolarjunctiontransistor,”butitisusuallydesignatedthejunctionfield-effecttransistor.Theterm“unipolar”isnotwidelyused.这种差别是非常重要的。Shockley的首个场效应器件是单向极结晶体管，但它所指的结型场效应晶体管。单向提法不常用。11电子科学与技术专业英语》》Theunfoldingstoryofsolid-stateelectronicscanbetoldrathercompletelyintermsofevolvingfabricationtechnology,constantlyexpandingthenumberofoptionsavailabletothedeviceandintegrated-circuitdesigner.ItwasfortechnologicalreasonsthatanearlyandimportantkindofBJTwasagermaniumPNPdevice.按照发展制备技术的要求，固态电子所展现的理论已是相当完整，常用理论的扩展也作为器件和集成电路设计者的参考。由于技术原因早期重要的晶体管是锗PNP器件。12电子科学与技术专业英语》》ThetermPNPlabelstheconductivitytypesofthethreeregionswithinaBJT,regionsseparatedbytwoPNjunctions.Inlateryears,andagainpartlyfortechnologicalreasons,thedominantBJTwasasiliconNPNdevice.PNP型表明BJT导电区有三个区，且被两个PN结分开。在随后几年，由于技术原因，占优势晶体管主要是NPN硅器件。13电子科学与技术专业英语》》Inintegratedcircuitstoday,thecombinationofsiliconNPNandPNPdevicesisagrowingpracticebecausetheresultingcomplementarycircuitshaveimportantpower-dissipationandperformanceadvantages.Forconvenienceandconsistency,however,andbecauseofitscontinuingimportance,thesiliconNPNBJTwillbethevehicleforthischapter.在集成电路的今天，由于有效互补电路具有重要功耗和性能的优势，NPN和PNP型硅器件的结合已是常用形式。由于方便与一致性的原因，考虑到起连续性的重要性，NPN硅型晶体管是在这章主要讨论内容。142.1.1StructureandTechnology15电子科学与技术专业英语》》TheessentialstructureofaBJTisrepresentedinFigure2-1(a).Theveryearliestsuchdeviceshadstructuresliterallyofthiskind.Twocloselyspacedjunctionswerecreatedbycrystal-growthmethods,anda“bar”orparallelepipedwasthencutoutofthegermaniumcrystal.图2－1给出了晶体管的实质结构。非常早期的这种器件具有这种完整结构。两个相近空间结由晶体生长方法制得，条棒或平行六面体通过锗晶体锯切而得。1617电子科学与技术专业英语》》Electricalleadswereattachedtoit(anenormouschallenge!)andtheresultwasaBJT.Forreasonsthatwillbeexplainedshortly,Theelectricalterminalsaregiventhenames,respectivelyfromlefttoright,emitter,base,andcollector.电极与晶体棒紧密接触（难度大的任务）制成晶体管。由于各种原因作一简短介绍，给出电极的名称，从左到右，发射极、基极、集电极。18电子科学与技术专业英语》》Thesenameswerechosenwithaneyetodistinctiveinitialletters,whicharedisplayedinFigure2-1(a)inassociationwiththethreeterminals.TheshadedregionsinFigure2-1(a)representthespace-chargeregions(ordepletionregions)ofapairofNPjunctions.这些名称通过目测对原始标记进行区别来选择，而这些标记在显示于与三个电极相联系的图2－1（a）中。图中阴影区代表了NP结的一对空间电荷区（耗尽区）。19电子科学与技术专业英语》》Theboundariesofthetheseregionsareemphasizedbecauseconditionsatthereassumefargreaterimpor