【正文】 1 第四章 雙極型晶體管的功率特性 1 PN結 2 直流特性 3 頻率特性 4 功率特性 5 開關特性 （ 6， 7結型和絕緣柵場效應晶體管） 8 噪聲特性 大電流(大注入 ) 高電壓 (擊穿 ) 大功率 集電極最大允許工作電流ICM 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 (基區(qū)電導調制 ) 有效基區(qū)擴展效應 發(fā)射極電流集邊效應 發(fā)射極單位周長電流容量 線電流密度 晶體管最大耗散功率 PCM 2 1 PN結 2 npn管直流特性 3 頻率特性 4 功率特性 5 開關特性 6， 7結型和絕緣柵場效應晶體管 8 噪聲特性 3 ?晶體管的輸出功率受： 集電極最大電流 ICM 最大耗散功率 PCM 二次擊穿特性 （臨界功率） 最高耐壓 BVcbo、 BVceo 的限制。 第四章 雙極型晶體管的功率特性 安全工作區(qū) 本章將圍繞安全工作區(qū)的要求，討論大功率（大注入）下的直流特性 4 集電極最大允許工作電流 ICM ?晶體管電流放大系數與集電極電流的關系見圖 41。 ?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主要決定于 g和 b*， 分析大電流下哪些特殊效應使 g和 b*發(fā)生哪些變化。 為了衡量晶體管電流放大系數在大電流下的下降程度 ，特定義 :共發(fā)射極直流短路電流放大系數 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 5 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 b隨 IC的增加而下降：發(fā)射效率 g、 基區(qū)輸運 b*、（ 勢壘、表面）復合 基區(qū)大注入效應 有效基區(qū)擴展效應 均勻基區(qū)，緩變基區(qū)（強場、弱場） 6 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 （以 npn管為例） 大注入時，大注入自建電場作用下通過 n+p結的電子電流密度為： 對于均勻基區(qū)晶體管 （ 148） pxxpppppn dxxdnxpxnqDJ?+?)(])()(1[)0()()()0()()()(00bbpppppbpppppppnNxppxpnxnxnnxn?????+?+???+?nbbbbp LWWndxxdn ??? 因為 )0()(7 （ 41） （ 42） 與第二章小注入情況相比： 由于大注入自建電場的漂移作用， 同樣的注入邊界濃度下 Dnb2Dnb， JnE增大一倍； 同樣的 JnE， 邊界濃度及梯度只需一半。 —— 與 。 0])0()0(1[)0(?++? pnb xbbbbbne nNnWnqDJ??bbnbnebbWnDqJNn)0()2(12)0(????? ，上式變?yōu)轫棔r，方括號中第當 ?8 對于 緩變基區(qū)晶體管 ， 基區(qū)內已經存在著由于雜質分布不均勻而產生的緩變基區(qū)自建電場 。 在大注入情況下 ， 注入的大量非平衡少子將改變這個電場 。 這個過程比較復雜，書中給出簡單近似分析。 得出結論： 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 相當的電流值 。 僅僅是數學形式上得到的推論。 9 a圖以電場因子 h為參量，同圖 213； b圖以 d即 Jne為 qDnbNb(0)/Wb的倍數為參量，表示注入水平（在 h?8時） 。 bbnbne WnqDJ )0(2?10 結論： 大注入對緩變基區(qū)晶體管基區(qū)電子及其電流密度的影響與對均勻基區(qū)晶體管的相似 。 這是 因為在大注入條件下的緩變基區(qū)中 ， 大注入自建電場對基區(qū)多子濃度梯度的要求與基區(qū)雜質電離以后形成的多子濃度梯度方向是一致的 ， 這時雜質電離生成的多子不再象小注入時那樣向集電結方向擴散并建立緩變基區(qū)自建電場 ， 而是按照基區(qū)大注入自建電場的要求去重新分布 。 因此 ， 不同電場因子的緩變基區(qū)在大注入下有相同的電子濃度分布 ?？梢哉f ， 在大注入情況下 ， 大注入自建電場 取代 （ 掩蓋 ） 了由于雜質分布不均勻所形成的電場 （ 緩變基區(qū)自建電場 ） 。 11 在 (大注入、緩變基區(qū) )自建電場 E作用下 dxdnqDpEqJdxdpqDpEqJnnnppp+?????對多子空穴 ,動態(tài)平衡時 ,擴散流等于漂移流 , 0?pJdxxdpxpqkTEdxxdpDExppp)()(1 )()( ????dxdnnNqkTEnNNdxdnnNdxdNNnNNqkTnNdxdnNqkTExnxNxpbbBbbBBbbBBBbBBbBbBbB+++?+++?++?+?1)11()(1)()()(12 dxdnnNqkTEnNNdxdnnNdxdNNnNNqkTnNdxdnNqkTEbbBbbBBbbBBBbBBbBbB+++?+++?++?1)11()(1 第一項是緩變基區(qū)自建電場分量 ,隨注入水平提高 (nb增大 )而減小。對于均勻基區(qū)，此項自然為零。 第二項是大注入自建電場分量，隨 注入水平提高 (nb增大，梯度增大 )而增大 （并在 nbNB時趨于常數） 。 故，特大注入時，只有大注入自建電場起作用，而且其作用的極限是使基區(qū)少子分布梯度相當于小注入時的一半。 13 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 2. 基區(qū)電導調制效應 大注入 ：注入少子濃度接近以至超過平衡多子濃度 基區(qū)大注入時 ， 注入基區(qū)的電子濃度接近甚至超過基區(qū)空穴平衡濃度 。 另外 ， 為了維持電中性 ， 基區(qū)積累起與少子相同濃度和分布的空穴（ 非平衡多子 ） 參見圖 215c、 d。 14 15 16 )0()()()0()()()(00bbpppppbpppppppnNxppxpnxnxnnxn?????+?+???+???????????????????bppbppBbbppbppBb NxpNxnNnNxpNxnNn11)(10)(10)0( 2)()()0( 時；時17 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)電導調制效應 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 2. 基區(qū)電導調制效應 可見，非平衡少子濃度的變化引起基區(qū)電阻率的變化（調制） 實際上 ， 引起電阻率變化的因素包括高濃度的非平衡少子 ， 但作為基區(qū)電導調制效應影響電流放大系數 （ 發(fā)射效率 ） 的是基區(qū)多子 —— 空穴 1 2 )(4 1 bpbb Nq ?? ?為小注入下，基區(qū)電阻率1 3 )(4 )(1 39。nNNnNqnNpNpbbbbnbbbbb???????+??+?+?+? ，基區(qū)電阻率大注入下，18 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 發(fā)射效率項 勢壘復合項 基區(qū)輸運（體復合）項 表面復合項 69)(2 221 22200 nbebSnbbkTqVinbbbmpebbeDAWSALWenLpWxLW eb +++? ???b 19 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 表示發(fā)射結勢壘復合的第二項在大注入下可以忽略 ， 故只需討論其余三項在大注入下如何變化 。 第一項 ：小注入時的 發(fā)射效率項 。 大注入下基區(qū)電阻率的變化使發(fā)射效率項變?yōu)? （ 414） 第三項：體復合項 ， 它表示基區(qū)體復合電流 Ivb與發(fā)射極注入的電子電流 Ine之比 。 若基區(qū)電子壽命為 ?nb， 則 （ 415） )1(39。bpebbepebbeNnLWLW ????? +?nbbbe nqWAI??2)0(Vb ? 20 基區(qū)大注入效應對電流放大系數的影響 （ 416） （ 41） 第四項：基區(qū)表面復合項 ， 表示基區(qū)表面復合電流與發(fā)射極電子電流之比 。 將式 (2— 66)與式 (4— 1)相比 ，即可得到大注入下基區(qū)表面復合項 。 （ 266） （ 417） 0])0()0(1[)0(??+?+?pxbbbbbnbne nNnWnqDJ])0(21 )0(1[2 22bbbbnbbneVbNnNnLWII??++?)1()( 02 ????? ? kTqVbSbsrs ebeqnAxnSqAI ?])0(2 )0([bbbbnbebSnersnNnNDAWSAII??++?21 這里用基區(qū)邊界的注入電子濃度近似代表整個基區(qū)內的注入電子濃度。 都很大 （ 419） （ 418） ])0(2)0([])0(21)0(1[2])0(1[122bbbbnbebSbbbbnbbbbpebbenNnNDAWSANnNnLWNnLW???????b+++++++?nbebSnbbbnbebnepebbeDAWSALWNqDAWILW24)21(122+++? ??b（ 420） ]2[11111139。bnbebnepebbebbpebbepebbeNqDAWILWNnNLWLW???????g +?+?+?+?69)(2 221 22200 nbebSnbbkTqVinbbbmpebbeDAWSALWenLpWxLW eb +++? ???b由于基區(qū)電導調制效應 ， 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 。 第二項 、 第三項表明 ， 由于大注入下基區(qū)電子擴散系數增大一倍 ， 可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半 ， 復合幾率下降 ， 所以使體內復合和表面復合均較小注入時減少一半 。 缺勢壘復合項 22 圖 43 1/b隨 Ie的變化 ? 在小電流下，大注入自建電場的作用使基區(qū)輸運系數增加 （極限 2倍） ? 在大電流下，基區(qū)電導調制效應引起發(fā)射效率下降 （起主要作用） 23 緩變基區(qū)中， 大注入自建電場 的作用破壞了 緩變基區(qū)自建電場 ，在特大注入時，基區(qū)少子完全