在晶体管的微观世界究竟有什么?

Jior:我知道,在电视机和音像设备中使用了大量的晶体管。二极管
的功能是整流,那晶体管的功能又是什么呢?
Doc:晶体管的作用可多啦,主要包括放大功能和开关功能
Mako:具体地说,它到底是做什么的呢?
Doc:请看放大功能就是指将小电信号放大、增强,而开关功能
自然是指控制某个电路中电流的流通和截止了
好好观察一下可以想像得到吧!
Jior:晶体管通常看起来像个小石子,而且伸出三条腿,但内部究竞是
什么样的结构呢?
Doc:将很小的晶体管拆开后里面就会露出一个小的金
属状物体,它就是半导体芯片。
从该半导体块土引出了三根电极线,这根电极线分别对应着发射极
(E)、集电极(C)和基极(B)。
此外,在半导体芯片内部所示的3层结构,可用不同图形符号表示
不同的结构。当然,其中的3层结构是不能直接用眼睛看出来的。
Mako:我们已经学过了通过p型
和n型平导体结合来制作二极管的知识,
要是利用n+p+n或p+n+p就可以制成晶体管了吧?
Doc:对。只是要稍加一点补充,
就是中间夹的p型(或n型)区域是很薄的
一层。至于其中的原因我们以后再讨论。
Mako:看起来基极(B)对应的层更
薄一些。在晶体管符号中,箭头端对应的是发射极(E)吧。
npn型和pnp型的箭头方向还是相反的,那么,这个箭头表示什么呢?
Doc:这个箭头是表示流过发射极端的电流方向。也就是说,流过npn
型晶体管的发射极电流与流过pnp型晶体管的发射极电流的方向恰好相反
教你一个记忆符号的简单方法。在地图中使用箭头表示北方,因此,如果
你记住箭头尖对应n区的话,就很容易地区分npn型或pmp型晶体管了。
Jior:晶体管的结构和符号已经明
白了,不过,怎样才能实现晶体管的放大功能和开关功能呢?
Doc:首先,在了解这些事情之前必须先明白晶体管中流过的电流特性。
来,Jiro,先看看(a),想一想:在pn结的B端和C端加上电压VR时,作为载
流子的电子和空穴应该怎样移动。
Doc:电子和空穴都分别被vR的正极和负极吸引而无电流流过,即所
加电压是反向电压。
Jiro: Mako,你来说说,(b)的情形又如何呢?
在这种情况下,pn结的外加电压是正向电压,导致载流子越过
接触面,从而形成电流。
Doc:完全正确。那么,如果我们将(a)和(b)组
合起来,那应该是什么样子呢?或者说,电子应该如何移动呢?
只_加了一届,为什么会育这么大作用?(n+p→n+p+n)
Jior:噢,我明白了,这就是n+p+n吧?不过,感觉上好像很复杂啊!
Doc:首先,因为在基极B)和发射极(E)之间施加了正向电压,使得发
射区中的电子流入基区,而流人到区的电子随后又要向集电区移动。
Jior:先生请稍等一下!电子流入基区已经明白了,可为什么又能向
集电区移动呢?
Doc:嗯,这问题的确非常
重要,所以要仔细说一说。流人到基区的电子向集电区移动是囚为扩
散现象造成的。扩散就像在水中滴入一滴墨水后,周围的水就会被逐
渐染黑一样。
当然,流入到基区的电子并不是都能扩散移动,在此途中,有一部
分电子会和空穴结合而被复合掉。