【正文】 bBbbBBbbBBBbBBbBbBbB+++?+++?++?+?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。 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 。 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(zhì)分布情況無關（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。 —— 與 。 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(shù)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。 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(nèi)已經(jīng)存在著由于雜質(zhì)分布不均勻而產(chǎn)生的緩變基區(qū)自建電場 。 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?。 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(zhì)電離以后形成的多子濃度梯度方向是一致的 ， 這時雜質(zhì)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 。對于均勻基區(qū)，此項自然為零。 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。 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 。 （ 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(nèi)的注入電子濃度。 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(shù)增加 （極限 2倍） ? 在大電流下，基區(qū)電導調(diào)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。 ?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(zhì)分布情況無關（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。 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 。 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 。 ? 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 ??+? 。 ][ ??+?pNNpNNxxADDAnn當認為 pN A ??則 2139。 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 。 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。開始有效基區(qū)擴展 ， 故 Jcr39。cDTccrcDcDcrcr WqNVJWqNVVJJ ???? +??+?]2[ 2039。crccrcrcc i bDslcDslcrcc i bJJJJWWNqvJNqvJWW????????])(1[ 2139。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 。39。039。 ? ：有 即有擴展 ， 時 ： 時 ， 開始擴展 。cmccrcrcWxJJJ +??ccTCccrc WVNqvJJ????39。39。 ???? ?53 發(fā)射極電流集邊效應 圖 413 發(fā)射極上的電流分布 54 發(fā)射極電流集邊效應 發(fā)射極 電流集邊效應 (或基極電阻自偏壓效應 )增大了發(fā)射結邊緣處的電流密度 ， 使之更容易產(chǎn)生大注入效應或有效基區(qū)擴展效應 ，同時使發(fā)射結面積不能充分利用 ， 因而有必要對發(fā)射區(qū)寬度的上限作一個規(guī)定 。 000 ????yy dyydVyV解得： （ 448） ?????? ???+ yqkTWJchqkTqkTyVbEbE21])( )0()1([)( ??59 發(fā)射極電流集邊效應 ( ) ( ) qkTyVSyyVy effSyef fy ???? ?? 。 上述討論以 y=0為坐標原點 ， 但 Seff是從發(fā)射極邊緣向中心計算的 。 但一般難于計算 ， 可通過實驗測得 。 由于集邊效應 ， 使得與 Ie復合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應所引起的基區(qū)電導調(diào)制效應使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴展效應也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會大為減小 。 由于二者數(shù)值不等 ，在設計晶體管時應按較小的電流密度做為計算依據(jù) 。 對于均勻基區(qū)管： 對于緩變基區(qū)管： bBnbEM WNqDJ ?bBnbEM WNqDJ ?0])0()0(1[)0(?++? pxbbbbbnbne nNnWnqDJ??(41) 67 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 按 有效基區(qū)擴展效應 計算 ， 定義：基區(qū)開始擴展時的臨界電流密度為最大集電極電流密度 。39。 對于圖形確定的晶體管 ， 改善大電流特性主要是提高發(fā)射極單位周長電流容量 (即提高線電流密度 )， 可以考慮的途徑是： ① 外延層電阻率選得低一些 ， 外延層厚度盡可能小些； ② 直流放大系數(shù) b0或 fT盡量做得大些 。 70 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 小結 ? 由于電流集邊效應 ， 在大電流情況下晶體管的電流容量取決于發(fā)射區(qū)的周長 。 ? 改善大電流特性 ， 就是指設法將 b0或 fT開始下降的電流提高一些 ， 或者說是如何提高集電極最大工作電流 ICM的問題 。 在轉換過程中晶體管本身還要消耗一定的功率 Pc。 ? 晶體管最大耗散功率 PCM不僅限制了晶體管的工作點 ， 也通過轉換效率限制其輸出功率 (圖 418)。 隨著結溫的升高，散熱能力也增大，當晶體管產(chǎn)生的熱量 (以 消耗的電功率表示 )與單位時間所能散發(fā)的熱量相等時，達到 熱穩(wěn)態(tài) ，此時： ( ) ( )AjTAjC TTRTTKQP ?????1CAjT PTTR ??74 kAtRALALRPTTRIVVRTcAjT?????