北工大復(fù)試筆試晶體管的課件

二、pn結(jié)形成工藝介紹1.合金法：

P型區(qū)中受主雜質(zhì)濃度為NA，均勻分布；

N型區(qū)中施主雜質(zhì)濃度為ND，均勻分布；交界面處，雜質(zhì)濃度由NA(P型)突變?yōu)镹D(N型)；

--突變結(jié)。單邊突變結(jié)：兩邊雜質(zhì)濃度相差很多，如N區(qū)ND=1014cm-3，P區(qū)NA=1019cm-3。如果P區(qū)濃度比N區(qū)濃度高，用p+n表示；

如果N區(qū)濃度比P區(qū)濃度高，用n+p表示；§6.2p－n結(jié)電流電壓特性一、非平衡狀態(tài)下的pn結(jié)1、外加電壓下，pn結(jié)勢(shì)壘的變化及載流子的運(yùn)動(dòng)。正向偏置：p接正，n接負(fù)。外部電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)相反，消弱內(nèi)建勢(shì)壘；勢(shì)壘區(qū)邊界有非平衡電子和空穴的注入；反向偏置：n接正，p接負(fù)，外部電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)相同，加強(qiáng)內(nèi)建勢(shì)壘；空間電荷區(qū)邊界處，出現(xiàn)非平衡載流子的抽??；正向注入（電注入）：外加正向偏壓使非平衡載流子進(jìn)入半導(dǎo)體的過程稱為非平衡載流子的電注入。分別在界面（-xTP和xTN）處積累，產(chǎn)生過剩載流子。pp0np0nn0pn0空穴擴(kuò)散流電子擴(kuò)散流假設(shè)：忽略勢(shì)壘區(qū)中的載流子產(chǎn)生-復(fù)合；載流子在擴(kuò)散過程中，空穴與N區(qū)漂移過來的電子不斷地復(fù)合，使空穴擴(kuò)散電流不斷地轉(zhuǎn)化為電子漂移電流；P區(qū)的多子空穴電流，N區(qū)的多子電子電流，經(jīng)過PN結(jié)后，實(shí)現(xiàn)了相互轉(zhuǎn)換。反向偏置：n接正，p接負(fù)，外部電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)相同，加強(qiáng)內(nèi)建勢(shì)壘；空間電荷區(qū)邊界處，出現(xiàn)非平衡載流子的抽取；外加電壓V基本上全降落在耗盡區(qū)的勢(shì)壘上；勢(shì)壘高度由平衡時(shí)的qVD升高到q(VD－V)；載流子擴(kuò)散更困難，漂移電流大于擴(kuò)散電流，產(chǎn)生凈漂移流；電子：P區(qū)→N區(qū)、空穴：N區(qū)→P區(qū)產(chǎn)生了非平衡載流子；少數(shù)載流子的抽取:N區(qū)邊界xTN處的空穴，P區(qū)邊界-xTP處的電子，被勢(shì)壘區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)，掃向兩側(cè)。體內(nèi)的少子補(bǔ)充，形成反偏下的空穴擴(kuò)散電流和電子擴(kuò)散電流。即：少數(shù)載流子不斷地被抽向?qū)Ψ?1.小信號(hào)參數(shù)和小信號(hào)等效電路小信號(hào)工作是指輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓滿足線性關(guān)系；BJT工作在正向有源區(qū)；輸入和輸出信號(hào)電壓<<熱電壓（KT/q)。共發(fā)射極電路中輸出電壓和電流的總瞬時(shí)值表示為：

vBE=VBE＋vbe

（3-1）

iC=IC+ic

（3-2）工作頻率低，可以認(rèn)為iC隨vbe的變化規(guī)律與IC隨VBE的變化規(guī)律相同，

（2-23）（3-3）因此可寫出總瞬時(shí)值將總瞬時(shí)值表示為定態(tài)分量與信號(hào)分量之和并代人上式，則vbe<kT/q時(shí)指數(shù)展開從上式可以看出，只要vbe<<kT/q，則ic=ICqvbe/kT（3-6）(事實(shí)上，因此上式成立)

為描述小信號(hào)工作特性，可以將具有三個(gè)引出端的BJT看作二端口網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而利用適合于二端口網(wǎng)絡(luò)的理論方法。用i1和i2表示輸人信號(hào)電流和輸出信號(hào)電流，v1和v2表示輸入信號(hào)電壓和輸出信號(hào)電壓，電壓及電流的假定正方向如圖3-1所示。圖3-1二端口網(wǎng)絡(luò)

選擇v1、v2的為獨(dú)立變量，則小信號(hào)電流電壓方程是y參數(shù)方程：(3-7)T

v2

i1

+

i2

v1

+y11、y12、y21和y22構(gòu)成一組小信號(hào)參數(shù)，稱為y參數(shù)或短路導(dǎo)納參數(shù)，這組小信號(hào)參數(shù)是在終端短路條件下定義和測(cè)量的，即：短路輸入導(dǎo)納短路正向跨(轉(zhuǎn)移)導(dǎo)納短路反向跨(轉(zhuǎn)移)導(dǎo)納短路輸出導(dǎo)納y參數(shù)小信號(hào)等效電路等效電路如果用另外一些元件構(gòu)成一個(gè)電路，使其輸入輸出端上信號(hào)量之間的關(guān)系和晶體管的完全一樣，則這個(gè)電路就是晶體管的

等效電路。在分析含有晶體管的電路時(shí)，可以用等效電路來代替晶體管。要注意的是，等效電路是對(duì)外等效對(duì)內(nèi)不等效，所以等效電路不能用來研究晶體管的內(nèi)部物理過程。受控電源受控電源受控電源受控電源受控電源

上述兩組小信號(hào)h參數(shù)可以分別用于共E、共B和共C三種接法中的任何一種，參數(shù)的下角標(biāo)中以e,b，c表示不同接法，例如共發(fā)射極h參數(shù)表示為h11e(hie)、h12e(hre),h21e(hfe)和h22e(hoe)

。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

（3-12）bece+-hiehfeibhoevcevbehrevceibic圖3-2共發(fā)射極h參數(shù)小信號(hào)等效電路共基y參數(shù)轉(zhuǎn)換成共射h參數(shù)關(guān)系：y參數(shù)變換成h參數(shù)：

不同電路接法的小信號(hào)參數(shù)之間也能相互變換：均勻基區(qū)理想晶體管的小信號(hào)模型（以NPN晶體管為例）假定：小信號(hào)工作。小注入工作，基區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度等于零。不考慮Early效應(yīng)，有效基區(qū)寬度恒定不變。不考慮PN結(jié)過渡區(qū)電容的電荷存貯，其充放電電流不包括在電流電壓方程中，按此假定推導(dǎo)出來的小信號(hào)參數(shù)稱作本征小信號(hào)參數(shù)。小信號(hào)共基極本征(角標(biāo)i表示)y參數(shù)的表示式：(3-31)在正向有源區(qū)，共基極本征y參數(shù)表示式(3-31)重新整理成:以上得到的結(jié)果一般稱作本征小信號(hào)參數(shù)的嚴(yán)格解。對(duì)(3-31)化簡(jiǎn)，可以看清y參數(shù)的物理意義：共基極本征輸入導(dǎo)納是一個(gè)電導(dǎo)和(擴(kuò)散)電容的并聯(lián)。同樣共基極本征輸出導(dǎo)納yi22b也可表示為共基極本征輸出導(dǎo)納是一個(gè)電導(dǎo)和(擴(kuò)散)電容的并聯(lián)。物理意義：共基正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可視為由輸出端輸出的被放大了的輸入導(dǎo)納物理意義：共基反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可視為由輸入端輸出的被放大了的輸出導(dǎo)納

小信號(hào)混合π模型最早是由L.J.Giaco1etto提出來的，所以又稱Giacoletto模型。建立這種模型的方法是：首先推導(dǎo)低頻小信號(hào)電流電壓方程，根據(jù)這些方程畫低頻等效電路，然后考慮發(fā)射結(jié)、集電結(jié)空間電荷區(qū)及中性基區(qū)、發(fā)射區(qū)的電荷貯存效應(yīng)，將表示這些效應(yīng)的過渡區(qū)電容及擴(kuò)散電容分別聯(lián)接到等效電路的不同結(jié)點(diǎn)上，最后是將基極電阻及代表其它寄生效應(yīng)的元件聯(lián)接進(jìn)去，從而得出完整的高頻等效電路。2．混合π模型

以兩PN結(jié)外加電壓VBE和VCB為自變量的直流電流電壓方程一般可用下式表示IB=f1(VBE,VCB)IC=f2VBE，VCB）（3-35）

小信號(hào)電流電壓方程(共射極接法下)(3-36)2．混合π模型為輸入電導(dǎo)為反饋電導(dǎo)為跨導(dǎo)為輸出電導(dǎo)求上述四個(gè)系數(shù)：工作在正向有源區(qū)跨導(dǎo)(transconductance)是指短路輸出電流隨輸入電壓的變化率：(3-42)跨導(dǎo)gm是BJT的重要小信號(hào)參數(shù)。表征輸入電壓（Vbe）對(duì)輸出電流（Ic）的控制能力。因?yàn)锽JT的輸出電流（Ic）與輸入電壓（Vbe）具有指數(shù)函數(shù)關(guān)系，所以BJT具有很大的跨導(dǎo)：gm≈(q/kT)Ie。例如共E以及共B電阻負(fù)載的小信號(hào)放大器中，開路電壓增益的數(shù)值都正比于gm，gm愈大則電壓增益愈高。人們常將跨導(dǎo)或跨導(dǎo)與其它參數(shù)一起看做放大器件的優(yōu)值，在工作原理不相似的器件之間進(jìn)行性能比較。第二個(gè)小信號(hào)參數(shù)為輸入電導(dǎo)，其表示式是（3-43）第三個(gè)小信號(hào)參數(shù)為用g0表示的輸出電導(dǎo)最后一個(gè)小信號(hào)參數(shù)gμ稱為反饋電導(dǎo)：（3-45）（對(duì)寬均勻基區(qū)晶體管，基區(qū)復(fù)合項(xiàng)起主要作用）

對(duì)高β晶體管中，向發(fā)射區(qū)注入的電流IpE是基極電流的主要成分，基區(qū)復(fù)合電流可以被忽略，IpE只決定于VBE，與VCB無關(guān)，固定VBE改變VCB時(shí)，IpE保持恒定不變，因而基極電流固定不變，＝0gu=0。共發(fā)射極接法，vbe、vce為獨(dú)立變量，用vce-vbe代替下面方程中vcb，ib=gievbe+grevce=yievbe+yrevceic=gfevbe+goevce=yfevbe+yoevce

（3--59）則得出一組共發(fā)射極低頻y參數(shù)方程：（3-36）式中ib=gievbe+grevceic=gfevbe+goevce圖3-3共發(fā)射極低頻y參數(shù)等效電路圖3--3可以直接被變換成圖3--4所示π型等效電路，只要電路中各元件與共發(fā)射極y參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：(3-61)圖3-4(低頻本征小信號(hào))π型等效電路i’b=gb’evb’e+gcb’vcb’ic=g