光电晶体管

　　基区－集电区pn结面积被扩大了的NPN晶体管显然可以被用做光电晶体管，结构如图1所示^［40］。

　　图1  一种纂于SBC工艺的光电晶体管

　　简单地说，双极工艺制作的光电晶体管利用基区－集电区pn结作为一个光吸收的耗尽层，并且将其光生电流放大。在标准埋层集电极（SBC）双极工艺中光电二极管的P区和NPN晶体管的P型基区是同一个P型区，而光电二极管的阴极和NPN晶体管的集电极都是由同一个N＋注入区构成，基极接触可以被省略。在基区－集电区pn结空间电荷区产生的电子－空穴对被加在结上的电场分开。在空间电荷区电场的作用下，空穴向基区漂移，而电子向集电区漂移。在基区积累的空穴使得基区处于高电势，基极－发射极势垒降低，发射区向基区扩散电子，并且在电场作用下，向集电极漂移。这个过程与晶体管的电流放大机理相似。因此，光电二极管所产生的光生电流/pd被NPN型晶体管放大了卩倍（β为晶体管的电流增益）。在晶体管的发射极和集电极可以分别获得被放大了的光生电流（fj＋1）几和β/p°需要注意的是，对于较长波长，也就是当入射光的渗透深度较深时，只有空间电荷区的一部分光生载流子对几起作用，并被放大。而其他部分的光生载流子对几没有作用，也不会被放大。

　　双极光电晶体管通常来说比光电二极管的工作速度要低很多。这首先是由于电流增益卩，以及基区渡越时间免的影响，这两个因素限制了载流子的扩散。同时，光电晶体管的工作速度还受到发射区－基区pn结势垒电容CsE，及基区－集电区pn结更大的势垒电容q的限制，这两个较大的电容是因为需要足够大的光感应区面积所造成的。同时还需要注意发射极－基极总的电容龟是发射极－基极间扩散电容CDE和pn结势垒电容CSE之和，即

　　这个公式与普通晶体管的3 dB带宽计算公式相同。基极－集电极电容与光感应区域的面积成正比，光电晶体管中的这个区域比普通双极晶体管的基－集结面积大得多。因此，光电晶体管的工作频率和PIN光电二极管与小面积普通晶体管的结合体相比，速度要慢很多。但是在低频应用及PIN光电二极管不能被集成的场合，光电晶体管还是具备一定的优越性。

　　在光时钟分布的应用中，一种带有自调整发射极的NPN型晶体管被作为工作在波长2＝840 nm下的光电晶体管来研究：刀。它应用的是带有0.5 gm厚外延层的双层多晶硅工艺，在此工艺中，自对准发射极技术被用来在1.0 p.m光刻条件下实现0.6 gm的发射极宽度。尽管外延层的厚度比该波长下的光透射深度1/a=16 gm小得多，但由于NPN型晶体管具有肛70的电流增益因子，从而仍可以获得相对较高的响应度R＝3.2 W/A。这个小尺寸光电晶体管，数据率可以达到1.25 Gb/s。

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