三極體的C端和E端可以交換嗎？

01-06

在知乎上的大神解答中終於搞懂了三極體的工作原理，但這又讓我產生了一個問題，三極體（BJT）的C端和E端可以調換么？如果不可以的話，為什麼？

贊同@Heinrich 的結論。

本來想幫題主答疑的，結果自己入坑了，雖然本科學過，當時是天書，這些天看了幾天發現還是天書，現學現賣了。

模電教材上說BJT也就只說到發射極和集電極的摻雜濃度不一樣而已，至於摻雜濃度是如何影響三極體工作的就基本沒有提及了，關於BJT的電流計算也都是結論性的給出來的，也沒有解釋得很清楚。因為要徹底解釋這些得需要固體電子學的知識，固電是個什麼玩意呢，簡單點說就是量子力學算基礎入門，然後晶格理論（各種金屬，半導體的晶體結構，電子排布），能帶理論，倒格子，費米面，金屬結，半導體結等等高深的東西。學完之後就可以知道三極體內部的整個靜電場分布，載流子密度，算出各種電流的大小，然後就能真正解釋三極體的工作機理，C,E是否可以互換的問題也就自然清楚了。

其實具體到公式我講不清，所以就形象的說明一下吧！

這裡先用固體物理的分析方式解釋一下三極體放大區的工作原理

1.在發射極集電極都沒有電壓的情況下：

三極體處於自然熱穩定狀態，大家相安無事，對應的能帶圖是這樣的：

2.現在來看集電極反偏能帶圖會變成什麼樣子

我們在模電中說說的PN加上反向電壓導致內電場寬度增加（PN結變寬）和這裡能帶圖裡的下坡是一個意思。我覺得這個懸崖可能更加便於理解，它就像一道瀑布一樣，但是這裡的懸崖不是不是什麼都能流下來的，只有基極裡面的少子電子可以通過這個電場的加速而迅速從基區飛到集電區。

總結一下這裡的結論：集電極反偏，在基極和集電極之間形成了一條電子（少子）加速通道。由於電子在基區屬於少子，所以此時並不會產生大電流。

3.我們讓發射極正偏看看會怎樣

此時基極與發射極這個」二極體「導通，在發射極中的高濃度電子就像一股源源不斷的水流一樣越過B,E之間的PN結到達基區域。在基區漂移，擴散，複合，可是基區非常薄導致從發射極過來的電子很容易就可以到達集電極和基極之間的電子加速電場，受這個電場的加速電子迅速通過併到達集電極。只有很少部分的電子與基區的空穴複合形成基極電流，大部分都通過加速電場到達集電極。

總結一下：發射極和基極正偏，提供大量的載流子，大部分載流子穿過基區，在電場加速下到達集電極區域，整個過程和物理學裡面的虹吸現象有點相似。那麼發射極與集電極能互換么？

If the emitter junction is reverse biased and the collector junction is forward
biased the transistor operates in the reverse active mode. Although this mode
of operation appears to be very similar to the forward active mode, poor
performances are obtained from transistors operating in the reverse biased
mode. As we will see later, this is due to the use of different doping
concentrations in the emitter and the collector.

當發射極反偏集電極正偏時候么三極體工作在反向放大區，雖然和正向放大區很相似但是放大性能很差，主要是因為發射極和集電極之間摻雜濃度不一致。

下圖是三極體的各種電流

其中發射極電流由載流子多子（電子）電流InE 和少子（空穴）電流IpE組成。

其中根式中μ表示載流子遷移率，τ表示載流子壽命都是常量，NdE和NaE表示發射區和基區摻雜濃度比值。也就是說摻雜濃度越高對應電子電流占發射區總電流的比重越高。IpE越小對於基極電流IB的貢獻也就越小，自然IC/IB也就越大了。一旦發射區反偏集電極正偏，集電區摻雜濃度不是特別高，照成少子空穴電流比重增加，放大係數也就自然下降了。

還有一點個人理解，教材上沒有提到，但也可能是影響因素。

1.如上圖好多BJT的基區摻雜都是非均勻的，也就是說存在著濃度梯度，這樣使得發射區的電子會被基區內電場加強漂移能力，電子在到達基極與集電極的PN結時就已經具備一定的初速度，有利於電子穿過基極到達集電極。而一旦CE互換的話那麼基區的濃度梯度反倒起到了阻礙電子漂移的作用，進一步削弱了放大能力。

2.三極體是一個立體的三維結構，E極在正中間，B極包著E極，而C極則在最邊上，這種結構上的非對稱性也可能導致互換髮射極和集電極之後三極體性能的變化

以上，水平有限，草稿存了幾天了，今天補完，希望能幫助到題主一點點。

如果對於固體物理感興趣的話，推薦看看施敏的《Physics of Semiconductor Devices》

Physics of Semiconductor Devices: Simon M. Sze, Kwok K. Ng: 9780471143239: Amazon.com: Books

我來說一下BJT的基本設計理念吧。。。樓上有些答案有點扯。。。

BJT里所有的參數都是有trade off的，就是說沒有完美的設計，什麼"increase the efficiency"這種話還是留給Chemist 和 Physicist吧哈哈哈。。。

以下X指length，N指doping，R指電阻。

首先E區，

我們需要XE&>&>Lp in emitter region，所以需要XE盡量大（但是實際沒有這種器件，因為大家的BJT現在都造的很小）

還需要XE盡量小已減少RE。

為了更高的injection efficiency，我們需要NE大，同樣的降低RE。

但同時，我們需要降低NE保持longer hole lifetime in emitter。

然後是B區，下面簡化一點。。。

small XB -- high beta

large XB-- small Early effect

small NB -- high injection efficiency

large NB -- small early effect and large punchthrough voltage

large NB -- small RB

再然後是C區，

large XC, NC -- lower RC

large NC -- avoid Kirk"s effect

small NC -- large punchthrough voltage

small NC, XC -- small CB capacitance.

看到這裡大家發現這尼瑪設計BJT就是猴子掰玉米啊！！！！每一個區的設計不管怎麼動都有得有失。。。

但是工程獅們還是總結除了一些基本的設計理念的。。。畢竟不是所有參數都同樣重要的。。。

1. E區給我狠狠dope。injection efficiency很重要。

2. E區長度給我做小，Lp的問題讓contact去解決吧。

3. B區doping不能太低，不能讓beta太難看。

4. B區長度盡量小，但是不能讓early voltage太難看。

5. C區doping和長度盡量小，但是要保證沒有Kirk"s effect。

到這裡我們才可以小下一個不靠譜的結論，E區和C區主要區別是doping濃度不同，互換能工作，具體影響參見上面。

實測：9013三極體，正著用，放大倍率300~400倍，反著用，放大倍率只有20倍。

但是，反著用漏電流明顯降低至用普通萬用表不可測量的程度，溫飄也明顯降低。

所以結論是：可以調換，但是調換後性能會有較大改變。看工程實際需求而定。

Surely not, their doping levels are dramatically different.

The mechanism of electrons entering base from emitter is diffusion which relies on the carrier concentration difference.

We want emitter"s doping level to be very high, and collector"s doping level to be low to increase efficiency.

一般情況下不能對調，因為本身結構和注入濃度不對稱，反著用的效率很低。

特殊情況下是可以反著用的，有一種古老的雙極性數字工藝，集成注入邏輯IIL，就是C接地，E輸出的。效率雖低，但大大減少了單元門的面積。

剛好我是學這個的，看到就回答吧。首先給出答案：不可以。

三極體的設計有一個幾本要求，就是要滿足發射區摻雜濃度&>&>基區摻雜濃度&>集電區摻雜濃度，這是為了提高發射效率，也就是使更多的多子能夠發送出去。另外一個要求就是基區的中性區要比擴散長度小得多，這是為了提高基區輸運係數，也就是減少載流子在基區的複合，使盡量多的發射區多子運輸到集電區。如果e,c對換，那載流子的運輸效率會大大降低，表現在電流會很小。

初次答案，希望能幫到。

很明確的說，對於MOS管，S端和D端可以互換，但是對於BJT，E和C是不能互換的，先不說樓上說的異質結的問題，對於同樣是硅的NPN三極體，參雜濃度、摻雜擴散梯度等等由於 @趙晗說了我就不說了，還有結的長度的問題，通常基區（B）是最薄的，其次是E，E區的原理是載流子的擴散，C區是最長的，且參雜濃度最小，這是為了方便載流子漂移。

不可以，不是效果打折問題，三個級的半導體參雜濃度是不同的，對器件影響很大。

如果是異質結的確高速器件，反過來會是個悲劇。

三個級，每個的參雜濃度是多少，作用是什麼，能級圖，這些要考慮清楚

這個是可以用的，只不過是特殊用途，不實現放大功能，TTL反相器的輸入端就是這種用法

averse.

e極摻雜濃度高，載流子多，換了之後效果應該會降低很多