在半导体内，多数载流子和少数载流子两种极性的载流子（空穴和电子）都参与有源元件的导电，如通常的NPN或PNP双极型晶体管。以这类晶体管为基础的单片集成电路，称为双极型集成电路。

以通常的NPN或PNP型双极型晶体管为基础的单片集成电路。它是1958年世界上最早制成的集成电路。双极型集成电路主要以硅材料为衬底，在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离技术，以双极型晶体管为基础元件。按功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两类。在数字集成电路的发展过程中，曾出现了多种不同类型的电路形式，典型的双极型数字集成电路主要有晶体管-晶体管逻辑电路(TTL)，发射极耦合逻辑电路(ECL)，集成注入逻辑电路(I2L)。TTL电路形式发展较早，工艺比较成熟。ECL电路速度快，但功耗大。I2L电路速度较慢，但集成密度高。

同金属-氧化物-半导体集成电路相比，双极型集成电路速度快，广泛地应用于模拟集成电路和数字集成电路。

双极型集成电路是最早制成集成化的电路，出现于1958年。双极型集成电路主要以硅材料为衬底，在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离技术，以双极型晶体管为基础元件。它包括数字集成电路和线性集成电路两类。

双极型集成电路是在硅平面晶体管的基础上发展起来的，最早的是双极型数字逻辑集成电路。在数字逻辑集成电路的发展过程中，曾出现过多种不同类型的电路形式。常见的双极型集成电路可分类如下。

DCTL电路是第一种双极型数字逻辑集成电路，因存在严重的“抢电流”问题（见电阻-晶体管逻辑电路)而不实用。RTL电路是第一种有实用价值的双极型集成电路。早期的数字逻辑系统曾采用过 RTL电路，后因基极输入回路上有电阻存在，限制了开关速度。此外，RTL逻辑电路的抗干扰的性能较差，使用时负载又不能多，因而被淘汰。电阻-电容-晶体管逻辑电路（RCTL）是为了改善RTL电路的开关速度而提出来的，即在RTL电路的电阻上并接电容。实际上 RCTL电路也未得到发展。DTL电路是继 RTL电路之后为提高逻辑电路抗干扰能力而提出来的。DTL电路在线路上采用了电平位移二极管，抗干扰能力可用电平位移二极管的个数来调节。常用的 DTL电路的电平位移二极管，是用两个硅二极管串接而成，其抗干扰能力可提高到1.4伏左右（见二极管-晶体管逻辑电路）。HTL电路是在 DTL电路的基础上派生出来的。HTL电路采用反接的齐纳二极管代替DTL电路的电平位移二极管，使电路的阈值提高到约7.4伏左右（见高阈值逻辑电路)。可变阈值逻辑电路（VTL)也是DTL电路系列中的另一种变形电路。阈值逻辑电路（TLC)是 HTL和VTL逻辑电路的总称。TTL逻辑电路是在DTL逻辑电路基础上演变而来，于1962年研制成功。为了提高开关速度和降低电路功耗，TTL电路在线路结构上经历了三代电路形式的改进（见晶体管-晶体管逻辑电路)。

以上均属饱和型电路。在进一步探索提高饱和型电路开关速度的同时，发现晶体管多余载流子的存储效应是一个极重要的障碍。存储现象实质上是电路在开关转换过程中由多余载流子所引起。要提高电路开关速度，除了减少晶体管PN结电容，或者设法缩短多余载流子的寿命以外，就得减少和消除晶体管内载流子存储现象。60年代末和70年代初，人们开始在集成电路中利用熟知的肖特基效应。在TTL电路上制备肖特基势垒二极管，把它并接在原有晶体管的基极和集电极上，使晶体管开关时间缩短到1纳秒左右；带肖特基势垒二极管箝位的TTL门电路的平均传输延迟时间达2～4纳秒。

肖特基势垒二极管-晶体管-晶体管逻辑电路（STTL)属于第三代 TTL电路。它在线路上采用了肖特基势垒二极管箝位方法，使晶体管处于临界饱和状态，从而消除和避免了载流子存储效应。与此同时，在TTL电路与非门输出级倒相器的基极引入晶体管分流器，可以改善与非门特性。三极管带有肖特基势垒二极管，可避免进入饱和区，具有高速性能；输出管加上分流器，可保持输出级倒相的抗饱和程度。这类双极型集成电路，已不再属于饱和型集成电路，而属于另一类开关速度快得多的抗饱和型集成电路。

发射极耦合逻辑电路（ECL)是电流型逻辑电路（CML)。这是一种电流开关电路，电路的晶体管工作在非饱和状态，电路的开关速度比通常TTL电路又快几倍。ECL逻辑电路把电路开关速度提高到 1纳秒左右，大大超过 TTL和STTL电路。ECL电路的出现，使双极型集成电路进入超高速电路范围。

集成注入逻辑电路 (I2L)又称合并晶体管逻辑电路（MTL)，是70年代研制成的。在双极型集成电路中，I2L电路的集成密度是最高的。

三层结构逻辑电路（3TL)是1976年中国在I2L电路的基础上改进而成，因有三层结构而得名。3TL逻辑电路采用NPN管为电流源，输出管采用金属做集电极（PNM)，不同于I2L结构。

多元逻辑电路（DYL)和双层逻辑电路（DLL)，是1978年中国研制成功的新型逻辑电路。DYL逻辑电路线性与或门，能同时实现开关逻辑和线性逻辑处理功能。DLL电路是通过ECL和TTL逻辑电路双信息内部变换来实现电路逻辑功能的。

此外，在双极型集成电路发展过程中，还有许多其他型式的电路。例如，发射极功能逻辑电路（EFL)、互补晶体管逻辑电路（CTL)、抗辐照互补恒流逻辑电路（C3L)、电流参差逻辑电路（CHL)、三态逻辑电路（TSL)和非阈值逻辑电路（NTL)等。

双极型集成电路的制造工艺，是在平面工艺基础上发展起来的。与制造单个双极型晶体管的平面工艺相比，具有若干工艺上的特点。

图2是利用PN结隔离技术制备双极型集成电路倒相器的工艺流程，图中包括一个NPN晶体管和一个负载电阻R。原始材料是直径为75～150毫米掺P型杂质的硅单晶棒，电阻率ρ=10欧·厘米左右。其工艺流程是：先经过切片、研磨和抛光等工艺（是硅片制备工艺)制备成厚度约300～500微米的圆形硅片作为衬底，然后进行外延生长、氧化、光刻、扩散、蒸发、压焊和多次硅片清洗，最后进行表面钝化和成品封装。

制作双极型集成电路芯片需要经过 5次氧化，对氧化硅 (SiO2）薄层进行5次光刻，刻蚀出供扩散掺杂用的图形窗口。最后还经过两次光刻，刻蚀出金属铝互连布线和钝化后用于压焊点的窗口。因此，整套双极型集成电路掩模版共有 7块。即使通常省去钝化工艺，也需要进行6次光刻，需要6块掩模版。

按照线路要求和工艺条件设计元件的图形和尺寸，并进行布局和布线，同时设计出一套光刻掩模版图形。

版图设计的第一步，是对既定线路按不同电位划分隔离区和确定元件之间的布线。然后，转入对元件的设计。双极型集成电路的元件包括晶体管、二极管、电阻和电容。其中 NPN晶体管的设计是核心。设计一个性能良好的集成电路，首先要设计出电学性能符合要求的晶体管，而晶体管的特性又是由其图形、尺寸和工艺条件所决定的。

在双极型集成电路中，常用的晶体管图形有5种，每一种图形各有其特殊作用。这 5种图形是单基极条形、双基极条形、双基极、双集电极条形、基极马蹄形（并联扩展可设计成梳形结构)和发射极马蹄形。在版图设计中，往往在同一块版图中几种晶体管图形会同时出现，这是因为不同晶体管在电路中所起作用不同。

双极型集成电路版图设计中常用的二极管，是与晶体管同时制成的。二极管可以利用单独一个基区扩散结；也可以先做成NPN晶体管结构，然后用一定方式连接成二极管。后者的基本连接方式有5种：①基极和集电极短接；②发射极和基极短接；③发射极开路；④发射极和集电极短接；⑤集电极开路。这5种连接法和单独一个基区扩散结共有6种不同的二极管。这6种形式的二极管因结构不同，特性也有差异，在应用中根据不同要求加以选择。

在双极型集成电路的版图设计中，电阻通常是随同晶体管的某一扩散工艺同时进行而制成扩散电阻的。原则上，不论发射区、基区和集电区（外延层)，都可以制作电阻。①基区硼扩散电阻:其薄层电阻值为 150～200欧左右，逻辑集成电路中的电阻值范围比较适中，而且温度系数也较小，一般为 1.9×10-3。②发射区磷扩散电阻：其薄层电阻值为2～5欧，可用作低值电阻。但实际上常用作“磷桥”，代替内部金属连线遇到难以避免交叉时完成交越；③基区沟道电阻：这是利用基区扩散和发射区扩散形成的。因为薄层很薄，扩散杂质浓度也低，薄层电阻可高达5～20千欧。温度系数较高，一般为3～5×10-3。这种电阻器又受到工作电压的限制，当反偏压升高时，PN结势垒区扩张，使沟道变得更薄，阻值变大；反之，偏压降低，阻值变小；④体电阻：外延层体电阻阻值很难控制，可用作高阻值电阻，其温度系数高，约为5×10-3。