半導體器件物理14

§2.7晶體管的反向電流與擊穿特性晶體管有兩個PN結，在一定的反向偏壓下存在反向電流，并在反向偏壓下高到一定程度時會發(fā)生反向擊穿現(xiàn)象。晶體管的反向電流主要有：、、。反向電流對晶體管的放大作用沒有貢獻，它消耗了一部分電源的能量，甚至影響晶體管工作的穩(wěn)定性，因此希望反向電流盡可能小。晶體管的擊穿電壓有、、及穿通電壓。擊穿電壓決定了晶體管外加電壓的上限。晶體管的反向電流與擊穿電壓標志著晶體管性能的優(yōu)劣與使用的電壓范圍，它們都是晶體管的主要參數(shù)。1．晶體管的反向電流（1）集電結反向電流（發(fā)射極開路）定義為發(fā)射極開路時，集電結的反向電流，如圖所示。PN結的反向電流由空間電荷區(qū)外的反向擴散電流、空間電荷區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生電流和表面漏電流三部分構成，即：由于隨溫度升高而呈指數(shù)增大，所以和都隨溫度的升高而呈指數(shù)增大，說明隨溫度升高而快速增大。表面漏電流往往比、大得多，因此減小，關鍵在于減小。搞好表面處理，減少玷污，是減小表面漏電流的關鍵?！鶇^(qū)凈受主雜質(zhì)濃度→集電區(qū)凈施主雜質(zhì)濃度→集電結面積→集電結空間電荷區(qū)寬度（2）發(fā)射結反向電流（集電極開路）定義為集電極開路（）時，發(fā)射結的反向電流，如圖所示。與類同。（3）集電極發(fā)射極間的穿透電流（基極開路）定義為基極開路（）時，集電極－發(fā)射極間的反向電流，如圖所示。集電結加的是反向偏壓，發(fā)射結為正向偏壓。集電結反偏使空穴流向基區(qū)，并在基區(qū)積累，從而使發(fā)射結變?yōu)檎虼税l(fā)射區(qū)就有電子注入基區(qū)，注入基區(qū)的大部分電子傳輸?shù)郊姌O形成集電極電流。同時，基區(qū)積累的空穴一部分在基區(qū)與電子復合，另一部分注入發(fā)射區(qū)與發(fā)射區(qū)電子復合。顯然，這股空穴流動形成的電流就相當于基極電流，亦即在基極開路時，相當于。所以有注：此時的是電流為時所對應的電流放大系數(shù)，通常數(shù)值較小，此時比正常工作時的要小很多。因此，一般比大不了多少。2．晶體管的反向擊穿電壓（1）集電結反向擊穿電壓（發(fā)射極開路）測量的原理圖如下。增大電源電壓時，反向電流隨之增加，當反向電流增大到規(guī)定值時所對應的電壓即為。在軟擊穿特性情況下（圖中乙），比集電結雪崩擊穿電壓??；在硬擊穿特性下（圖中甲），是由決定的。（2）集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓（基極開路）基極開路（如圖），當改變電源電壓時，電流隨著增加，當?shù)玫揭?guī)定的電流值時所對應的電壓即為。是晶體管在共發(fā)射極應用時，集電極－發(fā)射極間所能承受的最大反向電壓。在基極開路，集電結沒有發(fā)生雪崩倍增的情況下，有：1）與的關系式中，為集電結無雪崩倍增時的共基極電流放大系數(shù)。（其中）當外加偏壓增高，集電結發(fā)生雪崩倍增效應時，設倍增因子為，有：集電極－發(fā)射極反向擊穿時，令，有集電結倍增因子與外加反向電壓的關系可用經(jīng)驗公式表示（硅的值在）可見，，要提高必須提高。顯然，當時，，發(fā)生了擊穿，此時在集電極－發(fā)射極間加的反向電壓即為擊穿電壓。2）集電極－發(fā)射極反向擊穿特性曲線經(jīng)常可以看到有負阻現(xiàn)象，如圖所示。在基極開路，外加電壓增高至時，集電結有雪崩倍增效應發(fā)生，雪崩碰撞產(chǎn)生的空穴被集電結空間電荷區(qū)電場掃入基區(qū)，由于基極開路，這些空穴不能從基區(qū)流走，而是去填充發(fā)射結空間電荷區(qū)，使發(fā)射結空間電荷區(qū)變窄，正向偏壓增大。掃入基區(qū)的空穴，也同時填充集電結空間電荷區(qū)，使其變窄，結果使集電結反向偏壓減小。雖然集電結反向偏壓減小，雪崩倍增因子減小了，但因隨集電極電流增大而增大，仍朝著趨近于1的方向增大。所以，集電極電流也仍然繼續(xù)不斷地增大，也就出現(xiàn)集電結反向偏壓減小而集電極電流卻增大的負阻現(xiàn)象。（3）發(fā)射結反向擊穿電壓（集電極開路）如圖所示為測量的原理圖。發(fā)射極加反偏，若改變電源電壓，當?shù)玫揭?guī)定的電流值時所對應的發(fā)射結外加反向偏壓即為。一般與基區(qū)雜質(zhì)濃度有關。3．穿通擊穿在測量平面晶體管集電結反向擊穿特性時，有時會出現(xiàn)如圖所示的電流－電壓曲線。當反向電壓超過（基區(qū)穿通電壓）時，反向電流隨電壓近似于