三极管（又称晶体三极管、半导体三极管）的核心结构是由三层掺杂类型不同的半导体材料构成的，形成两个背靠背的PN结。它的主要功能是电流放大和开关控制。根据内部PN结的排列方式和半导体类型，主要分为NPN型和PNP型两大类。

以下是其组成结构的详细介绍：

1. 核心三区两结结构

三极管由三个物理区域和两个PN结组成：

• 发射区：

  • 作用：发射载流子（对NPN是电子，对PNP是空穴）。
  • 特点：掺杂浓度最高。因为它的任务是向基区注入大量载流子。为了减小电阻并与基区形成有效的PN结（发射结），其面积通常做得比集电区小。

• 基区：

  • 作用：控制从发射区注入的载流子的传输。
  • 特点：掺杂浓度最低、几何尺寸最薄（通常仅几微米甚至亚微米厚）。这是三极管能够实现放大的关键结构特点。低的掺杂浓度和极薄的厚度是为了减小基区复合，使大部分从发射区注入的载流子能顺利扩散到集电结（在集电结电场作用下漂移到集电区）。

• 集电区：

  • 作用：收集从发射区发射、穿过基区并到达集电结的载流子。
  • 特点：掺杂浓度介于发射区和基区之间，但几何面积通常最大。这是因为集电极需要收集载流子，并且通常要承受较大的耗散功率，较大的面积有利于散热。

• 发射结：

  • 位置：在发射区和基区之间。
  • 作用：在放大状态下需要施加正向偏置电压，以便发射区向基区注入大量的非平衡少子载流子。

• 集电结：

  • 位置：在基区和集电区之间。
  • 作用：在放大状态下需要施加反向偏置电压，以便在结区产生强电场，收集那些从发射区注入、成功穿越基区到达集电结边缘的载流子，并将其“扫”向集电区形成集电极电流。

2. 掺杂半导体类型

• NPN型三极管：
  • 结构顺序：N型发射区（高浓度施主杂质）- P型基区（低浓度受主杂质）- N型集电区（中浓度施主杂质）。
  • 工作特点：发射结正偏时，电子从发射区注入基区。这些电子在基区扩散（大部分能到达集电结），在集电结反偏电场作用下，漂移进入集电区形成集电极电流。基极电流（主要是注入基区的空穴复合形成）控制了这个电子流的大小。
• PNP型三极管：
  • 结构顺序：P型发射区（高浓度受主杂质）- N型基区（低浓度施主杂质）- P型集电区（中浓度受主杂质）。
  • 工作特点：发射结正偏时，空穴从发射区注入基区。这些空穴在基区扩散（大部分能到达集电结），在集电结反偏电场作用下，漂移进入集电区形成集电极电流。基极电流（主要是注入基区的电子复合形成）控制了这个空穴流的大小。

两者的工作原理完全对称，只是载流子类型（电子 vs 空穴）和所加电压极性相反。

3. 引出电极

每个半导体区域都引出一根金属电极：

• 发射极： 用字母 E 表示。直接与发射区相连。在电路中，发射极电流等于基极电流和集电极电流之和（IE = IB + IC）。
• 基极： 用字母 B 表示。直接与基区相连。它是控制电极，微小的基极电流可以控制较大的集电极电流（电流放大）。
• 集电极： 用字母 C 表示。直接与集电区相连。它是主要电流输出端（同时也是主要功率耗散端）。

4. 封装

核心的三层半导体结构（称为管芯）通常需要封装起来以提供：

• 物理保护： 防止管芯被损伤、污染（划伤、灰尘、湿气、化学物质）。
• 电气连接： 将微小的管芯区域通过内部引线（键合线）连接到足够粗壮的封装引脚（E, B, C），便于在电路板上焊接。
• 散热路径： 集电极耗散的功率会产生热量，封装通常有金属部分（如TO-220封装的背面金属板）或设计用于将热量传递出去。
• 电气绝缘： 某些封装在散热片（集电极相连）和安装面之间提供电绝缘。

5. 制造工艺（简要说明，现代主要工艺）

• 平面工艺/硅平面管： 这是目前最主流的工艺，主要针对硅材料。
  1. 从单晶硅衬底（通常是集电区）开始。
  2. 氧化： 在表面生长一层二氧化硅绝缘层。
  3. 光刻： 在SiO2上涂光刻胶，用掩膜版曝光显影，定义出区域。
  4. 刻蚀： 腐蚀掉部分区域的SiO2。
  5. 扩散/离子注入： 利用开口进行选择性掺杂，形成基区和发射区（需要多次重复光刻、刻蚀、掺杂步骤）。这是形成PN结的核心步骤。
  6. 表面钝化： 在完成掺杂后，可能需要再生长氧化层进行保护。
  7. 电极接触： 再次光刻刻蚀开接触窗口，然后蒸镀金属（如铝），再光刻刻蚀形成电极（E, B, C）。
  8. 测试、划片、封装： 切割成单个管芯，焊接引线，用塑料或金属封装。
• 其他工艺：
  • 合金管/合金扩散管： 早期工艺，在半导体晶片上烧结小金属球（形成发射结和集电结）。
  • 外延平面管： 先在衬底上生长一层薄的高质量单晶层（外延层），再进行平面工艺。常用于高性能管，外延层作为集电区的一部分。
  • 锗管： 历史上早期使用锗材料（如合金管），但现在基本被硅平面管取代。

总结关键结构特点

• 三层半导体： 发射区、基区、集电区。
• 两PN结： 发射结（E-B结）、集电结（C-B结）。
• 掺杂关键： 发射区 > 集电区 > 基区。基区掺杂最低。
• 尺寸关键： 基区最薄。集电区面积最大。
• 电极引出： E, B, C 分别对应三区。
• 放大原理核心： 依靠薄的、低掺杂的基区，让发射结注入的载流子大部分能穿过基区被集电结收集。

理解这三区、两结、掺杂浓度差异和尺寸关系（尤其是基区的薄和低掺杂），是理解三极管电流放大原理和开关特性的基础。