【正文】 受大注入自建電場的作用，和均勻基區(qū)情況一樣，擴散系數(shù)增大一倍?；鶇^(qū)渡越時間都趨于 Wb2/4Dnb bbnbne WNqDJ )0(24 集電極最大允許工作電流 ICM ?晶體管電流放大系數(shù)與集電極電流的關系。 ?在大電流下， b0隨 Ic增加而迅速減小，限制了晶體管最大工作電流。 ?晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于 g和 b*。 ?共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù) b0下降到最大值 b0M的一半 (即 bo／bOM＝ )時所對應的集電極電流為集電極最大工作電流 ， 記為 ICM 小結 25 基區(qū)大注入效應對電流放大系數(shù)的影響 在發(fā)射極電流密度很大的情況下，基區(qū)電子濃度線性分布，且與雜質分布情況無關（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。 由于大注入下擴散、漂移各半，電子濃度梯度只為小注入時的一半時即可維持與小注入下 相當?shù)碾娏髦?。 注入載流子以及為維持電中性而增加的多子使得基區(qū)電阻率顯著下降 ，并且電阻 （ 導 ） 率隨注入水平變化 ， 稱為基區(qū)電導調(diào)制效應 由于基區(qū)電導調(diào)制效應，相當于基區(qū)摻雜濃度增大，穿過發(fā)射結的空穴電流分量增大，使 g降。 由于大注入下基區(qū)電子擴散系數(shù)增大一倍，可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半，復合幾率下降，所以使體內(nèi)復合和表面復合均較小注入時減少一半。 小結 26 有效基區(qū)擴展效應 ? 有效基區(qū)擴展效應 是引起大電流下晶體管電流放大系數(shù)下降的另一重要原因 。 ? 因系大電流下集電結空間電荷分布情況發(fā)生變化而造成的 b下降 (以及 fT下降 )， 因此又稱為 集電結空間電荷區(qū)電荷限制效應 。 ? 所對應的最大電流稱為 空間電荷限制效應限制的最大集電極電流 。 ? 由于合金管與平面管集電結兩側摻雜情況不同 ， 空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷分布及改變規(guī)律不同 ， 受電流變化的影響也不同 。 27 有效基區(qū)擴展效應 圖 45 均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展 ? 均勻基區(qū)晶體管 （ 合金管 ） ? 單邊突變結近似 ? 空間電荷區(qū)主要向基區(qū)側擴展 ? 小電流下 ， 按耗盡層近似 ， 有 ? 大電流下 ， 大量空穴流過空間電荷區(qū) ， 不再滿足耗盡層近似 正電荷區(qū)電荷密度 負電荷區(qū)電荷密度 ? 結上電壓 VC不變 ， 則電場強度曲線包圍面積不變 ， 于是 ， 正電荷區(qū)收縮 ， 負電荷區(qū)略展寬 pAnD xqNxqN ?( )( )pNqqNpNqqNAADD??+?P+ P+ n 0 xp xn Xn” Wb Wb’ Wcib 28 有效基區(qū)擴展效應 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 x Jc Wb Wcib Jcr 0 xm0 Xm(Jc) P+ n P+ 將電流密度轉換成載流子濃度 ， 代入一維泊松方程可得空間電荷區(qū)寬度 xm與集電極電流 （ 密度 ） Jc關系 ，進而得到感應基區(qū)和有效基區(qū)寬度與電流密度的關系 —— 均勻基區(qū)晶體管有效基區(qū)擴展的規(guī)律 。 29 有效基區(qū)擴展效應 slcslpecqvJpq p vJJ???? （ 423） （ 424） （ 425） 左邊： （ 422） )0( )()0( 39。n0022??+???? xxpNqdxd D??????)()()()(000000cDpnnpxxxslcxDxVVdE d xxExdExdxqvJNqdxdxdExpnmmmmm???????????+???????????????????? 30 21210 )1(])(2[ ?+???crcDcDm JJqNVVx ?? 有效基區(qū)擴展效應 （ 426） 右邊： （ 427） 得到： （ 429） 令： （ 428） xm0 )2()(20mslcDxqvJNq ??+??20)1(2 mDslcDcD xNqvJqNVV +????Dslcr NqvJ ? 31 有效基區(qū)擴展效應 （ 429a） 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 210210 )1()1(?? +??+??Dmcrcmm NpxJJxx? 當 pND時，即小注入情況， xm≈xm0，集電結空間電荷區(qū)邊界不動。 ? 當 pND時，即特大注入情況，xm→0 ， 有效基區(qū)寬度擴展到 cb結冶金結處。 ? 當 p=ND時， Jc=Jcr, xm= xm0. 21 32 有效基區(qū)擴展效應 實際上，由： （ 192） 當 時， pNNpNN AADD ??+? 。 39。nn xx ?])1(1[)1(1[])1(1[])1(1[21021039。210210????+?+?+?+?+??+??DmbcrcmbbDmcrcmci bNpxWJJxWWNpxJJxW210 ])()(2[DADDAmDAAn NNqNVVNxNNNx+??+???33 有效基區(qū)擴展效應 則 ( )( ) 2139。 ][ ??+?pNNpNNxxADDAnn當認為 pN A ??則 2139。 )1( ?+?Dnn Npxx（ 429a） 210210 )1()1( ?? +??+??Dmcrcmm NpxJJxx34 有效基區(qū)擴展效應 對于 平面管 （ 以 n+pnn+為例 ） ， 其基區(qū)雜質濃度高于集電區(qū) ， 集電結空間電荷區(qū)主要向集電區(qū)一側擴展 。 當大量載流子 —— 電子穿過集電結空間電荷區(qū)時 ， 引起另一種類型的有效基區(qū)擴展效應 。 由于 電子的流入 ， 引起負空間電荷區(qū) （ 基區(qū)側 ）電荷密度增加 ， 正空間電荷區(qū) （ 集電區(qū)側 ） 電荷密度減小 。 為保持電中性 ， 負空間電荷區(qū)寬度變窄 ， 而正空間電荷區(qū)展寬 。 當電流密度很大時 ， 載流子 —— 電子的濃度達到以至超過原正空間電荷密度 ， 使原正空間電荷區(qū)變成中性區(qū)以至負電荷區(qū) ， 正負電荷區(qū)邊界改變 ， 發(fā)生有效基區(qū)擴展 。 35 有效基區(qū)擴展效應 圖 47 緩變基區(qū)晶體管 cb結空間電荷區(qū)電場分布 圖 45 均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展 P+ n 0 xp xn Xn” Wb Wb’ Wcib E 36 有效基區(qū)擴展效應 由于 電流密度 與載流子 濃度 、 載流子漂移 速度 成正比 ，半導體中載流子 遷移率 （ 漂移速度 ） 又隨 電場強度 而變化 ， 所以 ， 不同電場強度下 ， 同樣的電流密度可有不同的載流子濃度 ， 對空間電荷的補償作用及規(guī)律也不同 。 緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展效應分 強場 和 弱場 兩種情況： 在強場中 ， 載流子以極限漂移速度運動 ， 電流的增大依靠載流子濃度的增大； 在弱場中 ， 電流的增大依靠載流子漂移速度的增大（ 電場有限地增大 ） ， 載流子濃度可以不變 。 37 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 弱場情況 nNN AA +?nNN DD ??38 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 slcslnccqvJnnqvJJ???（ 433） （ 432） （ 434） ( ) ( )( ) ( )0)1(0)(00ExJJqNxEExqvJNqxEcrcDslcD+??+?????? )(0nNqdxdE D ?? ??39 ( ) ( )( ) ( )0)1(0)(00ExJJqNxEExqvJNqxEcrcDslcD+??+?????? 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 （ 434） ， 耗盡層近似； Jc增大 ， 斜率下降 ， 斜線變平緩； Jc=Jcr=qNDvsl時 ， E(x)=E(0)， 正負電荷在 n區(qū)兩側； JcJcr時 ， n區(qū)出現(xiàn)負電荷 ， 曲線斜率為負 ，在 Jc=Jcr39。時 ， E(0)=0； Jcr 39。時 ， 發(fā)生基區(qū)擴展效應 。 40 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 （ 435） （ 436） （ 436a） 因 JcJcr39。開始有效基區(qū)擴展 ， 故 Jcr39。被 稱為平面管強場下有效基區(qū)擴展的 臨界電流密度 。 xJJqNxEcrcrD )1()(39。0?? ??]21[])(21[ 202039。cDTccrcDcDcrcr WqNVJWqNVVJJ ???? +??+?]2[ 2039。cTcDslcr qWVNqvJ ??+?0~Wc內(nèi)積分， VDVc為集電結上電壓。 41 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 （ 437） （ 438） （ 439） ])( 2[ 20c i bcTcDslc WWqVNqvJ?+???])(1[])(1[2139。2139。crccrcrcc i bDslcDslcrcc i bJJJJWWNqvJNqvJWW????????])(1[ 2139。39。DslcDslcrcbb NqvJNqvJWWW???+?42 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 ? 緩變基區(qū)晶體管集電結空間電荷區(qū)主要向集電區(qū)側擴展 ? 大量載流子流過電荷區(qū) ， 改變其中電荷密度 ? 強場時 ， 載流子達到極限漂移速度 ， 電流增大 ， 載流子濃度增大 ? Jc=Jcr=qNDvsl時 ， 載流子電荷恰好中和集電區(qū)電荷 ， 正負電荷分布在集電區(qū)兩側 ? Jc=Jcr39。時 ， E(0)=0； Jcr39。被稱為平面管強場下有效基區(qū)擴展的 臨界電流密度 ? 感應基區(qū)擴展的極限是 nn+交界面 小結 43 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 44 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 ? 如果 Jc=Jcr=qvslND(NA)時 ， cb結勢壘區(qū)場強小于 104V/cm,則處于弱場情況 ? 載流子在勢壘區(qū)中尚未達到極限漂移速度 ， 載流子的漂移速度與電場強度成正比 ? 電流 (Jc=qvn)的增加依靠載流子速度的提高來實現(xiàn) ? 載流子速度的提高依靠電場強度的提高 ? 此時 n=Nc， 集電結勢壘區(qū)內(nèi)凈電荷為零 ， 電場保持均勻 ? 隨著 Jc增大 ， 勢壘區(qū)保持均勻電場向襯底收縮 ， 同時均勻的電場強度增大 ， 發(fā)生緩變基區(qū)晶體管弱場下的有效基區(qū)擴展效應 ？ 45 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 ? 當 n=Nc時 ， dE/dx=0. 隨著 Jc增大 ， 若 n增加 ， 使 nNc， 則有凈電荷 ， 使 |E(x)|隨x增大 。 而 若 |E(x)|增大 ， 則 n減小 ， 這將使 |E(x) |減小 所以 ， 當 n=Nc時 ， 弱場下 ， 電場區(qū)