
【電】 diffusion transistor
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【計】 scattering
【化】 scatter
【醫】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
transistor
【計】 MOS transistor; npn
【化】 transistor
擴散晶體管(Diffused Transistor)是一種通過高溫固态擴散工藝在半導體晶片(如鍺或矽)上形成PN結和電極的晶體管。其核心特征在于利用雜質原子在高溫下向半導體基體内部擴散,形成精确的摻雜區域,從而構成晶體管的三極結構(發射極、基極、集電極)。以下是詳細解釋:
術語定義與核心工藝
擴散晶體管的關鍵在于“擴散”(Diffusion)工藝。該工藝将半導體晶片置于高溫(約800°C–1200°C)環境中,使氣态或固态的摻雜劑(如硼、磷)原子獲得足夠能量,從晶片表面向内部擴散滲透,形成濃度梯度變化的P型或N型區域。這種受控擴散能精确制造出極薄(微米級)的基區,顯著提升高頻性能。相較于早期的合金結晶體管,擴散法能實現更小尺寸、更高頻率和更優一緻性。
結構特征與類型
典型的擴散晶體管結構包括:
物理原理與擴散方程
擴散過程遵循菲克定律(Fick's Law)。一維擴散的濃度分布可表示為:
$$ frac{partial C}{partial t} = D frac{partial C}{partial x} $$
其中 ( C ) 為雜質濃度,( D ) 為擴散系數(與溫度呈指數關系),( x ) 為擴散深度。高斯分布或餘誤差函數分布常用于描述擴散後的雜質剖面,直接影響晶體管電流增益 ( beta ) 和截止頻率 ( f_T ) 。
曆史意義與技術演進
擴散工藝在1950年代由貝爾實驗室開發,解決了合金結晶體管的基區厚度限制問題,催生了高頻開關器件。其與光刻、氧化技術的結合,直接推動了平面工藝的誕生,為矽集成電路的大規模生産奠定基礎。現代CMOS工藝中的阱區、源漏擴展區仍采用改進的擴散或離子注入-退火技術實現摻雜。
參考文獻來源:
“擴散晶體管”是電子學領域的專業術語,其解釋及背景如下:
如需進一步了解擴散工藝的化學原理或具體器件結構,建議查閱半導體物理專業文獻。
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