双极晶体管的器件结构和材料特性

双极性晶体管（BJT）是一种半导体器件，由三个掺杂程度不同的半导体材料制成：发射极区、基极区和集电极区。BJT主要通过载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动来实现电荷流动。在NPN型BJT中，高掺杂的发射极区的电子，通过扩散作用运动到基极。在基极区域，空穴为多数载流子，而电子少数载流子。这些电子又通过漂移运动到达集电极，从而形成集电极电流，因此BJT被归到少数载流子设备。

BJT的放大作用是基于它的电流放大参数。发射极扩散到基极的电子，大部分都能够漂移到集电极，剩下的电子与基极区域的空穴发生载流子复合。成功抵达集电极的电子浓度占发射极扩散出来的电子总浓度的比值，是衡量BJT效率的一项重要指标。由于发射极区域为重掺杂，基极区域为轻掺杂，所以从发射极被注入到基极的电子浓度大于从基极注入到发射极的空穴浓度。

BJT的电流放大参数可以用β值来描述，β值定义为集电极电流iC与基极电流iB之比。在BJT的放大区内，iC近似等于iB的β倍，这对人们分析问题、控制电路功能有极大的便利。在设计有的基本电路时，人们假定发射极-基极电压为近似恒定值，这时集电极电流近似等于基极电流的若干倍，晶体管起电流放大作用。

BJT的结构和材料特性决定了它适合在正向放大区工作，所以反向工作区的共基极电流增益和共射极电流增益比BJT位于正向放大区时小得多。这种功能上的不对称，根本上是缘于发射极和集电极的掺杂程度不同。因此，在NPN型BJT中，尽管集电极和发射极都为N型掺杂，但是二者的电学性质和功能完全不能互换。

BJT的h参数模型是一种常用的模型，用于分析BJT在低频小信号的情况下的电路行为。它将BJT看做一个二端口网络，以输入电流和输出电压为自变量，从而得出等效电路模型。利用这种方法，可以较容易地分析BJT在电路中的行为。

作为一个具有放大能力的元件，BJT在结构上必须具有发射区掺杂浓度远大于集电区掺杂浓度，集电区掺杂浓度大于基区掺杂浓度的特点，同时基区必须很薄，一般只有几微米。这种结构上的特点是BJT放大作用的基础。