三极管的物理层解释 I

       最近模电在学三极管，本身PN结就已经让我对发明者佩服得五体投地了，所以这个三极管就成了”这种神之物居然只要几分钱！”“我该说这就是工业化的伟大还是说智慧的廉价呢~”
       书上、老师、网上几乎都没有涉及三极管放大过程的物理原理解释；这就让我有点无法适从，毕竟我感觉我是那种“什么东西不从物理上说通就无法理解”星人……_(:з」∠)_  所以在网上大致查了一下后就去图书馆找了几本书，发现只有国外的一本《半导体物理与器材》具体讲解分析了三极管，国内的书基本都只讲到PN结（目测是由于受某本“元老级”书的影响……←_←）。
       我将按着我自己的理解，分两篇，以“从物理上解释三极管的放大成因”为目标进行成文。其实所谓“物理层”的说法也是舶来品，因为“层”一说是计算机学科的说法。因为我才开始学习模电，半导体物理更只是课余看了几页书，理解和描述肯定有不妥的地方，欢迎各位一起讨论、研究~

       首先是模电老师的“水阀比喻”，三极管就像一个水阀，基极是阀门，用很小的能量控制水管中很大的能量。应该说这个比喻是很贴切的，但是我想问的是“物理上到底是怎么实现这种阀门效果的呢？” 综合我查网络资料和查书的结果，我想先介绍一下，（半导体）三极管的前辈，电子三极管。

 

       1.三极管各层的厚度：这个教材上有提到：整个NPN区有几百微米厚，但是其中的P区只有几微米厚，也就是说P是非常薄的，可以说在集电极和发射极眼里，基极就是一张餐巾纸一样存在~~而集电极与发射极相比，集电极则要厚一些（这一点没前一个重要，但是作为特性最好也要记得）。

       2. 三极管各层的杂质浓度：有这么一个数据：发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度分别是10^19cm^-3，10^17cm^-3和10^15cm^-3.所以他们之间的浓度差别都是上百倍的。

        按照上图，仅考虑正偏情况的话，E区的电子其实是应该很容易就能进入C区的，而中间那层薄薄的B区就扮演着电子三极管中栅极的作用。具体的作用就涉及物理数学的公式推导了，网上有一个简化版的解释：简单点说就是由于BC结的反偏， BC结的耗尽区可以一直延伸到BE结的边缘，这样从BE结的介面（正常导通下耗尽层消失）到BC结的耗尽区靠B极一侧就会形成一个载流子浓度梯度（BE结介面的浓度最高，而到BC结耗尽层介面的浓度最低），导致一个扩散机制的电流，然后就是诸如载流子复合率计算等云云，当电子到达BC结耗尽层界面的时候，由于耗尽层电容电压的存在，电子就一下子给拉到C极去了。

       从这个解释中已经可以看到点“B极的状态至关重要”的影子了~