51、双极结型晶体管（BJT）电路全解析

双极结型晶体管（BJT）电路全解析

1. 引言

双极结型晶体管（BJT）在20世纪50年代至90年代是电子行业的主力军。它推动了计算机时代和现代通信时代的到来。早期电子计算机使用真空管，但真空管可靠性差，无法满足长期稳定运行的需求。1947年BJT的发明及其快速发展，促成了高可靠性电子计算机和现代通信系统的诞生。

到了20世纪60年代中期，基于BJT的集成电路开始商业化，进一步提高了计算机和其他电子系统的可靠性，同时减小了系统尺寸并降低了成本。70年代初微处理器芯片的问世，开启了小型、高性能个人计算机时代。尽管如今在个人计算机领域金属 - 氧化物 - 半导体（MOS）器件更为突出，但BJT在大型高速计算机、通信系统和功率控制系统中仍具有重要地位。随着BJT性能的不断提升以及异质结BJT的发展，即使MOS器件的重要性日益增加，BJT在电子领域依然不可或缺。

2. BJT的物理特性和性质

目前，BJT技术既用于制造分立元件，也用于制造集成电路芯片。二者的基本制造技术相似，主要区别在于尺寸和封装。下面以在硅衬底上制造的集成电路BJT（即“结隔离”器件）为例进行介绍。

BJT的横截面视图显示，它可占据小于1000 µm²的表面积，由发射极、基极和集电极三个物理区域组成。基极区域在发射极和集电极之间的厚度可能只有几分之一微米，而器件的整体垂直尺寸可能为几微米。在硅晶圆内可以制造数千个这样的器件，通过金属沉积技术将它们互连形成微处理器芯片等系统，也可以将它们分离成数千个独立的BJT，每个安装在各自的外壳中。光刻技术使得能够同时制造数千个BJT，从而不断减小BJT的尺寸和成本。

电子器件（如BJT）的电流 - 电压关系通常是非线性