本發(fā)明涉及一種電流調(diào)控器件，具體涉及一種壓電雙極型晶體管。

背景技術(shù)：

雙極型晶體管是由兩個背靠背PN結(jié)構(gòu)成的具有電流放大作用的晶體三極管，其起源于1948年發(fā)明的點接觸晶體三極管，50年代初發(fā)展成結(jié)型三極管，即現(xiàn)在所稱的雙極型晶體管；雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：PNP型和NPN型。在這3層半導(dǎo)體中，中間一層稱基區(qū)，外側(cè)兩層分別稱發(fā)射區(qū)和集電區(qū)；當(dāng)基區(qū)注入少量電流時，在發(fā)射區(qū)和集電區(qū)之間就會形成較大的電流，這就是晶體管的放大效應(yīng)；目前，現(xiàn)有技術(shù)中的雙極型晶體管應(yīng)力應(yīng)變不能直接控制，壓電PN結(jié)存在應(yīng)力應(yīng)變可控，但是電流靈敏度低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的壓電雙極型晶體管與現(xiàn)有技術(shù)中的壓電PN結(jié)相比，其能在相同的外界應(yīng)變下，提高可控電流的靈敏度，與雙極型晶體管相比，可以實現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變直接控制晶體管電流變化。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供一種壓電雙極型晶體管，其包括依次設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的為n型的發(fā)射區(qū)、為p型的基區(qū)和為n型的集電區(qū)；基區(qū)為壓電半導(dǎo)體，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高于基區(qū)的摻雜濃度；基區(qū)與集電區(qū)之間的形成有一npn結(jié)或pnp結(jié)。

進一步地，發(fā)射區(qū)的為非壓電半導(dǎo)體或壓電系數(shù)與基區(qū)壓電系數(shù)不同的壓電半導(dǎo)體。

進一步地，集電區(qū)包括壓電半導(dǎo)體和非壓電半導(dǎo)體。

進一步地，由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)中的電子數(shù)目大于基區(qū)中平衡電子的數(shù)目。

進一步地，發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的發(fā)射結(jié)上位于基區(qū)一側(cè)邊界處設(shè)有非平衡少子累積區(qū)。

進一步地，基區(qū)的寬度小于非平衡少子的擴散長度。

進一步地，基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間形成有耗盡層。

進一步地，壓電半導(dǎo)體的材質(zhì)為ZnO，GaN，InN，GaAs，MoS₂或CdS。

進一步地，發(fā)射區(qū)與基區(qū)相接觸，基區(qū)與集電區(qū)相隔。

進一步地，半導(dǎo)體基板包括背面層、設(shè)置在背面層表面的埋入絕緣膜、設(shè)置在埋入絕緣膜表面的半導(dǎo)體層；發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)位于半導(dǎo)體層上。

本發(fā)明的有益效果為：該壓電雙極型晶體管采用npn結(jié)或pnp結(jié)的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中pn結(jié)相比，能夠在相同的應(yīng)變下產(chǎn)生更大的電流增益，進而增大其信號的輸出；基區(qū)為壓電半導(dǎo)體，可通過向壓電半導(dǎo)體軸向施加外界應(yīng)變力，產(chǎn)生壓電電荷，減小基區(qū)集電結(jié)多子空穴的濃度，增加晶體管的輸出電流，進而提高可控電流的靈敏度；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高于基區(qū)的摻雜濃度，使得晶體管具有較大的放大能力。

附圖說明

圖1為壓電雙極型晶體管的npn型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為壓電雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一種實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。

在以下描述中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的實施例或示例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個實施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語“根據(jù)本申請的一個實施例”雖然有可能是指代相同實施例，但并非必然指代相同的實施例。

為簡單起見，以下內(nèi)容中省略了該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)常識。

根據(jù)本申請的一個實施例，提供一種壓電雙極型晶體管；如圖1和圖2所示，該壓電雙極型晶體管依次設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的為n型的發(fā)射區(qū)、為p型的基區(qū)和為n型的集電區(qū)；基區(qū)為壓電半導(dǎo)體，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高于基區(qū)的摻雜濃度，使得晶體管具有較大的放大能力；在基區(qū)與集電區(qū)之間的形成有一npn結(jié)或pnp結(jié)。

在具體實施中，可通過向壓電半導(dǎo)體施加外界應(yīng)變力，例如在納米線結(jié)構(gòu)壓電雙極型晶體管軸向施加應(yīng)力，在基區(qū)產(chǎn)生壓電電荷，調(diào)控基區(qū)集電結(jié)多子空穴的濃度，增大晶體管的輸出電流的變化，進而提高可控電流的靈敏度。

該壓電雙極型晶體管采用npn結(jié)或pnp結(jié)的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中壓電半導(dǎo)體pn結(jié)相比，能夠在相同的應(yīng)變下產(chǎn)生更大的電流增益，進而增大其信號的輸出，從而大幅度提高應(yīng)變傳感靈敏度，可以提高3到4個量級，或在同比靈敏度下大幅降低器件功耗，降低3-4個量級。

根據(jù)本申請的一個實施例，發(fā)射區(qū)的為非壓電半導(dǎo)體或壓電系數(shù)與基區(qū)壓電系數(shù)不同的壓電半導(dǎo)體，集電區(qū)包括壓電半導(dǎo)體和非壓電半導(dǎo)體；且由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)中的電子數(shù)目大于基區(qū)中平衡電子的數(shù)目；發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的發(fā)射結(jié)上位于基區(qū)一側(cè)邊界處設(shè)有非平衡少子累積區(qū)。

在具體實施中，該壓電雙極型晶體管發(fā)射極電極發(fā)射時，在發(fā)射處，由于正向偏置，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，同時基區(qū)向發(fā)射區(qū)注入空穴；為了使晶體管具有較大的放大能力，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高于基區(qū)的摻雜濃度，且優(yōu)選發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠高于基區(qū)的摻雜濃度。

因由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)中的電子數(shù)目大于基區(qū)中平衡電子的數(shù)目，故在非平衡少子累積區(qū)會累積一定量的非平衡少子，此時，便形成了非平衡少子在基區(qū)的擴散運動。

根據(jù)本申請的一個實施例，基區(qū)的寬度小于非平衡少子的擴散長度，優(yōu)選基區(qū)的寬度遠小于非平衡少子的擴散長度；在具體實施中，擴散的電子一部分在擴散過程中與基區(qū)的多子空穴復(fù)合，由于基區(qū)的寬度小于非平衡少子的擴散長度，因此電子在基區(qū)復(fù)合較少，大部分電子均能擴散到集電結(jié)，使得晶體管有較大的電流放大能力。

在晶體管作用放大時，基區(qū)中的電子擴散到達該發(fā)射結(jié)上位于基區(qū)一側(cè)邊界處，集電結(jié)反偏，且反偏集電結(jié)中具有強電場，擴散到該邊界的電子便立即被反偏集電結(jié)中的強電場掃至結(jié)電區(qū)，形成集電極電流。

該壓電雙極型晶體管的基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間形成有耗盡層，發(fā)射區(qū)與基區(qū)相接觸，基區(qū)與集電區(qū)相隔；在軸向施加外界應(yīng)變力時，會在發(fā)射結(jié)耗盡層的p區(qū)產(chǎn)生正的壓點電荷；壓電半導(dǎo)體的材質(zhì)為ZnO，GaN，InN，GaAs，MoS₂或CdS，在具體實施中，ZnO等纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有壓電和半導(dǎo)體雙重耦合特性。

該壓電雙極型晶體管的整體器件結(jié)構(gòu)可以為微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)，如微米線、微米膜、納米線、納米膜、納米柱、納米帶、納米螺旋等結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體基板材質(zhì)可以為有機材料等柔性材料。

如圖1所示，在具體實施中，在軸向施加外界應(yīng)變時候，在發(fā)射結(jié)耗盡層的p區(qū)產(chǎn)生正的壓點電荷，導(dǎo)致基區(qū)集電結(jié)的多子濃度減少，進而影響電流Ib的變化，由于Ib是關(guān)于壓點電荷的指數(shù)函數(shù)，而其輸出電流Ic是電流Ib與共發(fā)射極放大系數(shù)β的乘積，故加大了其輸出電流，大幅度提高應(yīng)變傳感靈敏度，或在同比靈敏度下大幅降低器件功耗。

如圖2所示，根據(jù)本申請的一個實施例，半導(dǎo)體基板包括背面層、設(shè)置在背面層表面的埋入絕緣膜、設(shè)置在埋入絕緣膜表面的半導(dǎo)體層；發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)位于半導(dǎo)體層上。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將使顯而易見的，本文所定義的一般原理可以在不脫離發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制與本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎性特點相一致的最寬的范圍。