晶體管原理-B21

1、半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-1-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管第二節(jié)第二節(jié) 晶體管的頻率特性晶體管的頻率特性1.概述概述晶體管中高頻小信號(hào)電流的變化bbeccieiCTECDECTC晶體管中電容v小信號(hào)小信號(hào)條件下：信號(hào)電壓的振幅遠(yuǎn)小于(kT/q).v 符號(hào)說明符號(hào)說明BBbiIi直流分量小信號(hào)分量小信號(hào)分量幅值總瞬時(shí)值tjbbeIi信號(hào)角頻率v兩個(gè)結(jié)果兩個(gè)結(jié)果：電流增益下降與信號(hào)延遲半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics

2、 Circuit & System-2-v 小信號(hào)電流的四個(gè)階段變化：小信號(hào)電流的四個(gè)階段變化： 第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-.晶體管的頻率特性高頻小信號(hào)電流在管中的變化eincinccineicieincinccicinei(1)發(fā)射區(qū)復(fù)合發(fā)射區(qū)復(fù)合(2)勢(shì)壘電容充放電勢(shì)壘電容充放電(1)基區(qū)復(fù)合基區(qū)復(fù)合(2)擴(kuò)散電容充放電擴(kuò)散電容充放電集電結(jié)寬度的影響集電結(jié)寬度的影響集電結(jié)勢(shì)壘電容的影響集電結(jié)勢(shì)壘電容的影響半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-3-v定義定義: :輸出端

3、對(duì)高頻小信號(hào)短路（vcb=0，但VCB0）條件下的共基極高頻小信號(hào)短路電流放大系數(shù)為- 0cnencnccccbeenencncciiiiiviiiii第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性n cn eii2.基區(qū)輸運(yùn)過程基區(qū)輸運(yùn)過程基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與頻率關(guān)系 定義定義高頻小信號(hào)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù):0 少子壽命 ,單位時(shí)間復(fù)合幾率（ ），在基區(qū)逗留時(shí)間 內(nèi)復(fù)合損失占少子總數(shù) ，則到達(dá)集電極的未復(fù)合少子占進(jìn)入基區(qū)少子總數(shù)的（ ），即直流輸運(yùn)系數(shù)，是 中的因子,記為nB1/nBb/bnB1/bnB1)1)渡越時(shí)間的作用渡越時(shí)間的作用(1)復(fù)合損失使得復(fù)合損失使得 小于小于10半導(dǎo)體

4、器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-4-(2)(2)渡越時(shí)間的分散使得渡越時(shí)間的分散使得 減少減少 少子在基區(qū)的運(yùn)動(dòng)是熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加擴(kuò)散(+漂移)第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性(3)時(shí)間延遲使相位滯后時(shí)間延遲使相位滯后 中應(yīng)包括 : 集電結(jié)上輸出信號(hào)電流比從發(fā)射結(jié)輸入信號(hào)電流在相位上滯后了 .bjebBncbQIbncbqi1/bBQ2)電荷控制法求電荷控制法求 的意義：注入基區(qū)的每個(gè)少子，單位時(shí)間內(nèi)被集電結(jié)取出的幾率?；鶇^(qū)少子總電荷 ，單位時(shí)間被集電結(jié)取走的電荷即

5、 對(duì)于交流小信號(hào):半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-5-基區(qū)少子高頻小信號(hào)電荷控制方程電荷控制方程:加入基區(qū)復(fù)合損失：1()2211bj tgoobbej第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性ncj tnciI e3) 延遲時(shí)間與超相移因子延遲時(shí)間與超相移因子實(shí)際上，當(dāng)發(fā)射結(jié)剛向基區(qū)注入少子時(shí)，集電結(jié)并不能立刻得到的電流。/bbqncbtjncbncbbncneijjeIdtdidtdqiibnencjii11半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of

6、 Microelectronics Circuit & System-6- 少子從發(fā)射結(jié)注入基區(qū)后，經(jīng)過 的時(shí)間后能達(dá)到和定態(tài)一樣的分布。在延遲時(shí)間 內(nèi)，集電結(jié)還取不到少子電流。超相移因子超相移因子或剩余相因子剩余相因子 第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性1.22bbbdBv則集電結(jié)取走少子的平均時(shí)間實(shí)為: v集電極電流比發(fā)射極電流再滯后一個(gè)相角:dB令令:0.22bbdBbbm*1dBjobej 基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的精確式為基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的精確式為:BBbdBDW218. 018. 02dB半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microe

7、lectronics Circuit & System-7-m m物理意義物理意義:發(fā)射極電流的變化，不能立即反映為集電極電流的變化，必須經(jīng)過 的相位滯后，集電極電流才會(huì)變化,其后的相位滯后才由基區(qū)渡越時(shí)間所引起。m就是由基區(qū)渡越時(shí)間所引起的相移之外再附加部分因子。*0*1bmjbejbm第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性bmmjbemj1*011*11bbm*122bmf*11fjmjmfooeefjjf_半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-8-4)4)

8、在復(fù)平面上的表示在復(fù)平面上的表示*第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性復(fù)平面上，半圓上P點(diǎn)軌跡就是 ,點(diǎn)A是直流輸運(yùn)系數(shù) ， ， 向點(diǎn)0移動(dòng)。*0(0)* 考慮超相移因子考慮超相移因子m m時(shí)時(shí), ,將 替代 ,再延遲一個(gè)角 .OBOBOBOAOP2*01bjbbj11*0222*02*0半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-9-5)5)緩變基區(qū)晶體管的緩變基區(qū)晶體管的*第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性忽略擴(kuò)散時(shí)忽略擴(kuò)散時(shí)BBsdBDW2

9、0b考慮漂移、擴(kuò)散時(shí)考慮漂移、擴(kuò)散時(shí)0.22 0.0981.22 0.098dBb11.220.098bbdBb0.220.098m*00*11bjmjmbeejj*11.220.098bbbm1半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-10-3.3.高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性v現(xiàn)代微波晶體管基區(qū)寬度亞微米，高頻下必須計(jì)及結(jié)勢(shì)壘電容、集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度等的影響1)1)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)發(fā)射

10、極延遲時(shí)間常數(shù)發(fā)射極延遲時(shí)間常數(shù)enepeiiereTeCiTeCei發(fā)射極支路小信號(hào)等效電路EebeIekTqrvi發(fā)射結(jié)增量電阻()TeCnepeeTeCiiirj半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-11-2)2)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電時(shí)間常數(shù)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電時(shí)間常數(shù)Dbebb nceebebebCqqqi()ebenepee ncr iiriv發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電時(shí)間常數(shù)就是基區(qū)渡越時(shí)間發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電時(shí)間常數(shù)就是基區(qū)渡越時(shí)間第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻

11、率特性發(fā)射結(jié)的小信號(hào)等效電路對(duì)CDE的充放電電流:則:beDEnencjrCjii1111bj1*0*nceDEncbebDEebDECirCjijvCjdtdvCiDE半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-12-3)3)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)延遲集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)延遲/ /渡越時(shí)間渡越時(shí)間/tdcmxv第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性nccdncii少子越過集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)時(shí)間定義：集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)輸運(yùn)系數(shù) 少子以有限速度通過勢(shì)壘區(qū)時(shí)，改變勢(shì)壘區(qū)的空間電荷分布，即改變勢(shì)壘區(qū)內(nèi)電場(chǎng)分布，產(chǎn)

12、生位移電流， 產(chǎn)生電場(chǎng)的電力線終止于耗盡區(qū)邊緣中性區(qū)上，有附加的正電荷來終止，對(duì)于集電區(qū)，就有電子離開那里流向集電極,形成傳導(dǎo)電流 。nccidx211tdjjnccdncdieeij222 sin()12()ttttjjnccncncncjttjeiiieijej半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-13-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性4)4)集電極延遲時(shí)間常數(shù)集電極延遲時(shí)間常數(shù) 集電結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)csr：輕摻雜外延層，存在一定的體電阻C：緊靠勢(shì)壘區(qū)的

13、本征集電極，內(nèi)電極定義：定義： 集電極衰減因子ncccciic集電區(qū)小信號(hào)等效電路bTCCcsrcic0cbvncci 一部分對(duì) 充電,一部分經(jīng) 流到外電路11cccccciiijTCCcsr充放電電流為充放電電流為:ccsTCccsTCbcTCccirCjdtdirCdtdVCicsTCcrC半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-14-01()bjmnencncccenencnccebcdiiiieiiiij第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性5)5) 共基極高頻小信

14、號(hào)短路電流放大系數(shù)與截止頻率共基極高頻小信號(hào)短路電流放大系數(shù)與截止頻率 為極低頻或直流小信號(hào)共基極短路電流放大系數(shù)，或共基極增量電流放大系數(shù)。*000EEECecdIdIdIdIii0ECII（1）信號(hào)延遲時(shí)間）信號(hào)延遲時(shí)間ec定義：載流子從流入發(fā)射極開始到從集電極流出為止總渡越時(shí)間。0221()ecjecbem1bbbbmm半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-15-（2） 截止角頻率截止角頻率 、截止頻率、截止頻率 f11()1becdecbmm12 ()1becdfm 01bjmefjf （

15、下降了3dB）時(shí)的角頻率 、頻率分別稱為截止角頻率、 截止頻率。02定義：第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性6) 共發(fā)射極高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)與特征頻率共發(fā)射極高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)與特征頻率（1）定義：集電結(jié)對(duì)高頻小信號(hào)短路（vbc=0, VBC0）條件下的 ic與ib 之比為共射極高頻小信號(hào)短路電流放大系數(shù)半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-16-0001第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性極低頻或直流小信號(hào)共發(fā)射極短路電流放大系數(shù)

16、、或共發(fā)射極增量電流放大系數(shù) 下降到 （下降3dB)時(shí)的角頻率、頻率分別稱為的截止角頻率截止角頻率、截止頻率截止頻率 * 截止角頻率 、與截止頻率 定義:f0/2001100020011 ()ejececej 00又 ，c00001111ecvbcjiicb半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-17-0011ecec 即：012ecf 第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性0011fjjfv500MHz時(shí)，Wb較小，只占 中很小一部分，可忽略 fbec bm0001(1)

17、bm v比 截止頻率低的多半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-18-（）晶體管的（）晶體管的特征頻率特征頻率01fjff增一倍降一半，或改變10lg2-1=-3dB ，功率正比于電（倍頻程）流的平方，則功率增益降1/4,或改變20lg2-1=-6dB1時(shí)的頻率，稱晶體管的特征頻率晶體管的特征頻率fT00012Tecff 第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性0f f時(shí),半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circ

18、uit & System-19-其中， ，IE 或 IC , fT ， IE 或IC 很大時(shí)，e 的影響很小，可略去；大注入時(shí)，基區(qū)擴(kuò)展，b 增加更多，集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)減小，勢(shì)壘區(qū)延遲 d 減小的少一些，故 IC 很大時(shí)，fT 隨 IC 增加而下降。第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性（4 4）提高特征頻率的途徑）提高特征頻率的途徑 一般高頻管中，四個(gè)時(shí)間常數(shù)以 最長(zhǎng)，減小 是提高的主要途徑 減小 減小 減小bbTfedccdbeecTecTff2121（3）電流對(duì)）電流對(duì) fT 的影響的影響TEETEeeCqIkTCr半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Inst

19、itute of Microelectronics Circuit & System-20- 當(dāng)晶體管用于小信號(hào)高頻放大時(shí)，小信號(hào)電流、電壓之間的關(guān)系是線性線性方程方程，其系數(shù)不隨信號(hào)大小變化的常數(shù)，這些系數(shù)稱為電路參數(shù)電路參數(shù)。選取自變量不同，描述各變量間關(guān)系的方程形式就不同，電路參數(shù)也不同。第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-2.晶體管的頻率特性4. 晶體管的高頻參數(shù)與等效電路晶體管的高頻參數(shù)與等效電路 利用電荷控制方程，可以得出用振幅表示的共基極高頻小信號(hào)電流電壓方程為:cbbemeVrVCjgI01cbbemcVCjrVgI01DETECCC0eDETCrCCCr-表示

20、發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容并聯(lián)01BECVCBIrV:集電極增量輸出電阻0r1cBccmVBEeIqIgVkTr-晶體管的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，跨導(dǎo)，表示集電極電流受發(fā)射結(jié)電壓變化的影響。半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-21-將晶體管等效為一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)如下圖:第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-2.晶體管的頻率特性1I2I1V2V211101VmIYgj CV11120201VIYVr222101VmIYgV12220201VIYj CVr111 112 222122 2IY VY VIY

21、V Y V1CErESCTECDeY12VCY21VeCDCCTCrCS本征Y參數(shù)等效電路共基極Y參數(shù)等效電路半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-22-功率增益 ：晶體管對(duì)信號(hào)功率的放大能力.PG最高振蕩頻率 ：晶體管對(duì)信號(hào)功率放大能力的極限.Mf第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性1)最大功率增益接有負(fù)載阻抗ZL的共射極高頻等效電路圖BIbrbbBreEbIZLCCTCIcC12TcTCf最大輸出功率:221max22()(2)28bTboTTCTCIf IPf C

22、Cf輸入功率:Pin=rbb Ib2最大功率增益：maxmax28oTpinbbTCPfKPr Cf5.5. 高頻功率增益和最高振蕩頻率高頻功率增益和最高振蕩頻率半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-23-2)最高振蕩頻率最高振蕩頻率2max8TpbbTCfMKfr C晶體管的高頻優(yōu)值晶體管的高頻優(yōu)值 : 與頻率平方的積MpG第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的頻率特性Mf： 下降到1時(shí)的頻率maxpK12()8TMbbTCffr Cmax28 ()TpbbTeTCfKrf L

23、 Cf1218 ()MbbTeTCfrf L C頻率達(dá)幾千兆赫以上時(shí)，要加入管殼寄生參量的影響，主要的是發(fā)射極引線電感 的作用.eL3) 提高功率增益的途徑提高功率增益的途徑 （1）提高 fT 2） 減小基極電阻 rbb （3） 盡量減小結(jié)面積（4）盡量減小發(fā)射極引線電感和其他寄生參數(shù) （5）選用合適的管殼半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-24-1.大注入效應(yīng)大注入效應(yīng)BBBnNP第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管1) 基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 大注入時(shí)，注入到基區(qū)的少子不能忽

24、略，為維持電中性，相應(yīng)增加的多子濃度不能忽略，在基區(qū)中建立了和注入少子有同樣濃度梯度的多子分布，從而使基區(qū)電阻率顯著下降，產(chǎn)生基區(qū)電導(dǎo)率受注入電流調(diào)制的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。2)自建電場(chǎng)自建電場(chǎng) 為維持基區(qū)多子分布，在基區(qū)產(chǎn)生由集電結(jié)指向發(fā)射結(jié)的電場(chǎng) ，稱大注入自建電場(chǎng)大注入自建電場(chǎng)。bEdxdPPqkTEdxdPqDEqPJBBBpBpBBp10空穴動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：注入EnNnEnNNdxdnnnNndxdNNnNNqkTBBBbBBBBBBBBBBBBB11第三節(jié)第三節(jié) 晶體管的功率特性晶體管的功率特性半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelect

25、ronics Circuit & System-25-積分:第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-.晶體管的功率特性dxpndpqDdxdnpdxdpnpqDBBBnBBBBBBnB)(dxdndxdppnqDdxdnqDEqnJBBBBnBBnBnBBn基區(qū)少子電流：00 xBBWxBBnBWBnpnpnqDdxpJBB3)基區(qū)渡越時(shí)間與輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)渡越時(shí)間與輸運(yùn)系數(shù)發(fā)射結(jié)注入基區(qū)電子(少子)流:BBBWBBBnBEWBWxBBxBBnBEndxppnqDAdxppnpnqDAI000)0()0(qkTVBE/0BCV半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of

26、Microelectronics Circuit & System-26-00(0) (0)bbWWbBpdxndxD pnBn基區(qū)少子總量Q少子電流I基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)0011(0) (0)bbWWbBBBpdxndxDpn 基區(qū)渡越時(shí)間基區(qū)渡越時(shí)間適用于基區(qū)任意注入強(qiáng)度與任意雜質(zhì)分布對(duì)于基區(qū)小注入并且均勻摻雜2212BBWL 22BbBWD第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性大注入時(shí)dxdnDqdxdnqDdxdnnqkTnqJnBnBnBn)2(1半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Cir

27、cuit & System-27-與緩變基區(qū)小注入時(shí)相比：221(1)2BbBWeD時(shí)，兩式相等2.56則對(duì)于緩變基區(qū)晶體管，2.562.56時(shí)，大注入使時(shí)，大注入使bb大注入時(shí):24BbBWD2214BBWL v無論基區(qū)是否均勻摻雜，基區(qū)少子形式完全由擴(kuò)散電流構(gòu)成，與均勻基區(qū)小注入相同，只擴(kuò)散系數(shù)DB擴(kuò)大了一倍，即Webster效應(yīng)第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-28-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶

28、體管的功率特性發(fā)射結(jié)注入基區(qū)電子流:BWBBBnBEndxppnqDAI0)0()0(同理，從基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的少子空穴流：2()exp()EiEBEPEEOA qnDqVIQkTbnBBkTqVnBiEWBEkTqVnBiEIQeDqnAdxpqAeDqnABEBBE0/20/2)()(4）注入水準(zhǔn)對(duì)電流放大系數(shù)的影響注入水準(zhǔn)對(duì)電流放大系數(shù)的影響半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-29-*小注入：111EBBOEBEEOBD QRD QR得*小電流時(shí)下降，是基極電流中發(fā)射結(jié)勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流比例增大

29、所致CI1uA100mA100uA200400第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性則注入效率：()11EBBOnbPnBEEODQIIID Q 0BBbnQI*大注入：22114EnbEBCBEEOBEEOD ID WID QD Q 得0BBbnQI12222144EBCBBBEEOD W IWLD Q半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-30-2. 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) - 大電流下，晶體管的有效基區(qū)寬度隨注入電流的增加而擴(kuò)展的現(xiàn)象，也稱為克爾克（Kirk）效

30、應(yīng)。 當(dāng)少子電子以有限速度經(jīng)過集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)時(shí)，電流很大時(shí)，對(duì)空間電荷有改變，從而改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)分布。勢(shì)壘區(qū)中輕摻雜N- 一側(cè)中泊松方程:1）注入電流對(duì)集電結(jié)電場(chǎng)分布的影響注入電流對(duì)集電結(jié)電場(chǎng)分布的影響第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性*集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)全部退出基區(qū),左邊界移到集電結(jié)冶金結(jié)界面處,此時(shí)JC記為JCH，稱強(qiáng)電場(chǎng)下的臨界電流密度臨界電流密度.sCnNqdxdE)(半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-31-2）強(qiáng)電場(chǎng)下的基區(qū)縱向擴(kuò)散強(qiáng)電場(chǎng)下的基區(qū)縱向擴(kuò)散)/(m

31、axqvJnCH單邊突變結(jié)1202ADDADmNNVqN Nx120max2()()biCBCCHCVVWJqNqV第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性0max22()CBCCVqVNqWbiCBVVCCCBbiCHNqWVVqvJ20max212maxmax1CHCBCCCJqvNWWJqvNv基區(qū)擴(kuò)展量：半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-32-3 3）弱電場(chǎng)下的基區(qū)縱向擴(kuò)展弱電場(chǎng)下的基區(qū)縱向擴(kuò)展ebPcNCWBWCBWWN在電流密度下JC，N-區(qū)域上未耗盡區(qū)d1

32、上的壓降 V1為:1CCVJ1d弱電場(chǎng)下的臨界(pn結(jié)電壓為零)電流密度為：CBCBCLnCCCCVVJqNWWCCLJJ集電結(jié)正偏， 主要降在 區(qū)域內(nèi)的電阻上CBWWCBV()CBCCCBVJWW(1)CBCLBCCCCCVJWWWJJ第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性v條件條件:VCB較低,WC較大N-半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-33-4 4）基區(qū)擴(kuò)展對(duì)基區(qū)擴(kuò)展對(duì) 的影響的影響 當(dāng)JCLJCH 時(shí) 基區(qū)縱向擴(kuò)展時(shí)，基區(qū)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)邊上的少子濃度已經(jīng)很高，

33、必須向周圍非工作基區(qū)擴(kuò)散，使基區(qū)有效面積變大。第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性基區(qū)橫向擴(kuò)展：基區(qū)橫向擴(kuò)展：CCBEEEOBIIIWWDQDCLC22)(4CCCLCBEEEOBCBEEEOBIIIWWDQDIWDQD2222144發(fā)生基區(qū)擴(kuò)展時(shí)半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-34- 晶體管工作在大電流狀態(tài)時(shí)，較大的基極電流流過基極電阻，將在基區(qū)中產(chǎn)生較大的橫向壓降，使發(fā)射結(jié)正向偏置電壓從邊緣到中心逐漸減小，發(fā)射極電流密度則由中心到邊緣逐漸增大 。 第三章第三章

34、 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性1)集邊效應(yīng)集邊效應(yīng)3.3. 發(fā)射結(jié)電流集邊效應(yīng)發(fā)射結(jié)電流集邊效應(yīng)基極電流IB(y)在dy段電阻上產(chǎn)生的壓降為： 集電結(jié)零偏時(shí)發(fā)射極電流：()expBEEESq VVJJkT 1)(BeBEEERldyyIkTqyJdVkTqyJydJ口1)(BeBRldyyIdV口半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-35-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性設(shè)發(fā)射極條很寬,有邊界條件: 0,0/,0,BBCIdydIJy時(shí)112)

35、0(1)(ykTlqRIyIeBBB口 201)0()()()(yyJdyydIlyJyJldyydIEBeEEeB ,20)0(221eBBEkTlIRqJ口2/110)0(2EBJqRkTy口 dyydIkTlRyqIdyydJldyyIdBeBBEeB122口 yJldyydIdylyJydIydIEeBeEEBIB(y)的表達(dá)式：其中: 半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-36-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性2/10BKWy 2/1121npK其中v大注

36、入時(shí)大注入時(shí)v電流集邊效應(yīng)使工作基區(qū)局限在發(fā)射結(jié)邊緣下面,基極電流流經(jīng)的路程縮短,因此基極電阻將減小.10106122BBbbRlyRlyr口口時(shí)02 ySe2)發(fā)射極有效條寬發(fā)射極有效條寬00)0()(EeEeEJyldyyJlI3)電流集邊效應(yīng)對(duì)電流集邊效應(yīng)對(duì) 及及rbb的影響的影響CECBEEEOBCCBEEEOBJAWWDQDIWWDQD22224422CCBIWW)/(0ylIJeCC半導(dǎo)體器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-37-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管- .晶體管的功率特性4)4)發(fā)射極單位長(zhǎng)度的電流容量發(fā)射極單位長(zhǎng)度的電流容量單位發(fā)射極長(zhǎng)度內(nèi)不發(fā)生大注入效應(yīng)和基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)的最大電流。記為i02/11002BCRCRqRkTJyJi口eCLiI0