
【电】 diffusion transistor
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【计】 scattering
【化】 scatter
【医】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
transistor
【计】 MOS transistor; npn
【化】 transistor
扩散晶体管(Diffused Transistor)是一种通过高温固态扩散工艺在半导体晶片(如锗或硅)上形成PN结和电极的晶体管。其核心特征在于利用杂质原子在高温下向半导体基体内部扩散,形成精确的掺杂区域,从而构成晶体管的三极结构(发射极、基极、集电极)。以下是详细解释:
术语定义与核心工艺
扩散晶体管的关键在于“扩散”(Diffusion)工艺。该工艺将半导体晶片置于高温(约800°C–1200°C)环境中,使气态或固态的掺杂剂(如硼、磷)原子获得足够能量,从晶片表面向内部扩散渗透,形成浓度梯度变化的P型或N型区域。这种受控扩散能精确制造出极薄(微米级)的基区,显著提升高频性能。相较于早期的合金结晶体管,扩散法能实现更小尺寸、更高频率和更优一致性。
结构特征与类型
典型的扩散晶体管结构包括:
物理原理与扩散方程
扩散过程遵循菲克定律(Fick's Law)。一维扩散的浓度分布可表示为:
$$ frac{partial C}{partial t} = D frac{partial C}{partial x} $$
其中 ( C ) 为杂质浓度,( D ) 为扩散系数(与温度呈指数关系),( x ) 为扩散深度。高斯分布或余误差函数分布常用于描述扩散后的杂质剖面,直接影响晶体管电流增益 ( beta ) 和截止频率 ( f_T ) 。
历史意义与技术演进
扩散工艺在1950年代由贝尔实验室开发,解决了合金结晶体管的基区厚度限制问题,催生了高频开关器件。其与光刻、氧化技术的结合,直接推动了平面工艺的诞生,为硅集成电路的大规模生产奠定基础。现代CMOS工艺中的阱区、源漏扩展区仍采用改进的扩散或离子注入-退火技术实现掺杂。
参考文献来源:
“扩散晶体管”是电子学领域的专业术语,其解释及背景如下:
如需进一步了解扩散工艺的化学原理或具体器件结构,建议查阅半导体物理专业文献。
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