半導(dǎo)體器件原理-第三章.1

第三章雙極結(jié)型晶體管雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號：NNNPPPEEEEBBBBCCCC加在各PN結(jié)上的電壓為：PNP管：NPN管：根據(jù)兩個結(jié)上電壓的正負，晶體管可有4種工作狀態(tài)：E結(jié)＋＋－－工作狀態(tài)放大狀態(tài)，用于模擬電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路截止狀態(tài)，用于數(shù)字電路倒向放大狀態(tài)C結(jié)－＋－＋晶體管在4種工作狀態(tài)下的少子分布圖：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)：

NPN晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖：ECEFEVNNP

NPN晶體管在4種工作狀態(tài)下的能帶圖：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止狀態(tài)：倒向放大狀態(tài)：（1）基區(qū)必須很薄，即WB<<LB；§3-1

均勻基區(qū)晶體管的放大系數(shù)1、晶體管的放大作用

均勻基區(qū)晶體管：基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)中主要作擴散運動，又稱為擴散晶體管。

緩變基區(qū)晶體管：基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)中主要作漂移運動，又稱為漂移晶體管。要使晶體管區(qū)別于兩個二極管的串聯(lián)而具有放大作用，晶體管在結(jié)構(gòu)上必須滿足兩個基本條件：（2）發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)總量遠大于基區(qū)，當(dāng)WE與WB接近時，即要求NE

>>NB。晶體管放大電路有兩種基本類型，即共基極接法與共發(fā)射極接法。先討論共基極接法（以PNP管為例）：BECBPNPNENBNCIEIBICVP區(qū)N區(qū)0為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下PN結(jié)中的電流：忽略勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流，處于放大狀態(tài)的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示：從IE

到IC，發(fā)生了兩部分虧損：InE

與Inr。要減小InE

，就應(yīng)使NE

>>NB

；要減小Inr

，就應(yīng)使WB

<<LB

。

定義：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)零偏時的IC

與IE

之比，稱為共基極直流短路電流放大系數(shù)，記為α，即：共發(fā)射極接法：

定義：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)零偏時的IC與IB

之比，稱為共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù)，記為β，即：ECBNPIEIBICPE根據(jù)，及的關(guān)系，可得β與α之間有如下關(guān)系：對于一般的晶體管，α=0.950～0.995，β=20～200。2、基區(qū)輸運系數(shù)β*

定義：基區(qū)中到達集電結(jié)的少子電流

IpC

與從發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電流IpE

之比，稱為基區(qū)輸運系數(shù)，記為β*，即：由于空穴在基區(qū)的復(fù)合，使JpC

<JpE

。由于WB

<<LB

，根據(jù)薄基區(qū)二極管的近似結(jié)果（§1-3，第5小節(jié)），可得:以下用pB

代表基區(qū)非平衡少子濃度△pn

。這里必須采用薄基區(qū)二極管的精確結(jié)果，即:pB(0)pB(x)x0WB近似式，忽略基區(qū)復(fù)合精確式，考慮基區(qū)復(fù)合再利用近似公式：(x

很小時），得：根據(jù)基區(qū)輸運系數(shù)的定義，得：靜態(tài)下的空穴電荷控制方程為：以下再利用電荷控制法來求β*。另一方面，由薄基區(qū)二極管的近似

公式：從上式可解出：，代入Jpr

中，得：BEC0WBJpEJpC上式中，即代表了少子在基區(qū)中的復(fù)合引起的電流虧損所占的比例。要減少虧損，應(yīng)使WB↓，LB↑。

β＊的典型值：WB=1μm，LB=10μm

，β＊=0.9950。3、基區(qū)渡越時間

定義：少子在基區(qū)內(nèi)從發(fā)射結(jié)渡越到集電結(jié)所需要的平均時間，稱為少子的基區(qū)渡越時間，記為?？梢栽O(shè)想，在期間，基區(qū)內(nèi)的少子全部更新一遍，因此：。將：代入，得：。因此又可表為：

注意與的區(qū)別如下：的物理意義：時間，代表少子在單位時間內(nèi)的復(fù)合幾率，因而就代表少子在基區(qū)停留期間被復(fù)合的幾率，而則代表未復(fù)合掉的比例，也即到達集電結(jié)的少子電流與注入基區(qū)的少子電流

4、表面復(fù)合的影響（自學(xué)）之比。代表少子在基區(qū)停留的平均

5、注入效率

定義：由發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電流IpE

與總的發(fā)射極電流IE

之比，稱為注入效率（或發(fā)射效率），記為，即：當(dāng)WB

<<LB

及WE

<<LE時，有：代入γ

中得：為提高，應(yīng)使NE>>NB，即（NB/NE）<<1，則上式可近似寫為：已知：，代入中，再利用愛因斯坦關(guān)系：，得：注意：DB、DE代表少子擴散系數(shù)，μB

、μE

代表多子遷移率。得：利用方塊電阻的概念，可有更簡單的表達式。方塊電阻表示一個正方形薄層材料的電阻，記為：R口。對于均勻材料：對于厚度方向（x方向）上不均勻的材料：