【正文】 二 、 雪崩注入二次擊穿 (3.) 雪崩注入二次擊穿臨界線 （ 4.） 改善或消除措施 圖 432 電流集中二次擊穿臨界線 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 圖 434 雪崩注入二次擊穿臨界線 104 二次擊穿和安全工作區(qū) 二 、 雪崩注入二次擊穿 (3.) 雪崩注入二次擊穿臨界線 （ 4.） 改善或消除措施 00 ?? ? bb ISBISB II00 ?? ? bb ISBISB VVIb0， 基極電阻自偏壓效應(yīng)表現(xiàn)為 發(fā)射極電流夾緊效應(yīng) ， 減小了有效的 Ac， 由 ISB=qvslNcAc 得ISB減小 。 但這會使集電區(qū)串聯(lián)電阻 rcs增大，影響其輸出功率。 4. 安全工作區(qū) ?區(qū)域 I為 功率耗散過荷區(qū) ， 在該區(qū)內(nèi)工作時 ， 晶體管主要是熱破壞； ?區(qū)域 Ⅱ是 電流集中二次擊穿區(qū) ， 在該區(qū)內(nèi)工作的晶體管內(nèi)部產(chǎn)生的 “ 過熱點 ”處熔化而造成 c、 e短路 。 而占空比＜ 5％時就不易損壞了。 （二） 雪崩注入二次擊穿 這是一種與外延層厚度密切相關(guān)的二次擊穿 。 小結(jié) ? 二次擊穿觸發(fā)點 ? 二次擊穿觸發(fā)電流 ISB ? 二次擊穿觸發(fā)電壓 VSB ? 基極正偏二次擊穿 ? 零偏二次擊穿 ? 反偏二次擊穿 ? 二次擊穿臨界線 ? 二次擊穿觸發(fā)時間 ? 二次擊穿觸發(fā)能量 ? 二次擊穿耐量 四個階段 114 二次擊穿和安全工作區(qū) 小結(jié) 2. 二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 (一 )電流集中二次擊穿 這種擊穿是由于晶體管內(nèi)部出現(xiàn)電流局部集中 ， 形成“ 過熱點 ” ， 導致該處發(fā)生局部熱擊穿的結(jié)果 。 112 二次擊穿和安全工作區(qū) 脈沖 工作條件拓寬了晶體管的安全工作區(qū)，且隨脈寬減小而擴大。 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 110 二次擊穿和安全工作區(qū) 二 、 雪崩注入二次擊穿 （ 4.） 改善或消除措施 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 n+n2n1 n2緩沖層減小 nn+處電場強度，又不使串聯(lián)電阻增加太多 n1控制 BVcbo， n2控制 Jc0 111 二次擊穿和安全工作區(qū) ? 安全工作區(qū)是指晶體管能夠安全工作的范圍 。 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 107 二次擊穿和安全工作區(qū) 二 、 雪崩注入二次擊穿 (3.) 雪崩注入二次擊穿臨界線 （ 4.） 改善或消除措施 當 Ib＞ 0時 ， 隨 Ib增大 ， VSB減小是由于電流集邊效應(yīng)的影響使之在較低的偏壓下即可 發(fā)生二次擊穿 。 因此 ， 這種擊穿與外延層厚度 Wc密切相關(guān) 。 5K時 ， 鎮(zhèn)流電阻要能將發(fā)射極電流的變化限制在177。 (2)提高材料及工藝水平 ， 盡可能消除不均勾性 。 2. 原材料或工藝過程造成的缺陷和不均勻性。 這一理論又稱為熱不穩(wěn)定性理論 。 圖 424 PSB與 rb、 ?b的關(guān)系 (Ge晶體管 ) 2. 二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析 86 二次擊穿和安全工作區(qū) (5) 一般說來電流放大系數(shù)較大的晶體管其 PSB較低 。 一般說來 ， 對于緩變結(jié) m＝ ， 而對于突變結(jié) m＝ 4(指集電結(jié)而言 ) (3)二次擊穿觸發(fā)功率與晶體管特征頻率之間存在著一定的關(guān)系 : 式 中 ， Kf為晶體管常數(shù) ， mf為相關(guān)指數(shù) ,其數(shù)值介于 ～ 1之間 。 因此 ， ESB也叫 二次擊穿耐量 。 79 二次擊穿和安全工作區(qū) 圖 421 二次擊穿現(xiàn)象 ? A點稱為 二次擊穿觸發(fā)點 。 隨著結(jié)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??????? 21??對片狀材料：熱路中電路中 晶體管最大耗散功率 PCM 熱導率 晶體管管芯到管殼的熱阻稱為 內(nèi)熱阻 。 在轉(zhuǎn)換過程中晶體管本身還要消耗一定的功率 Pc。 70 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 小結(jié) ? 由于電流集邊效應(yīng) ， 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 。39。 由于二者數(shù)值不等 ，在設(shè)計晶體管時應(yīng)按較小的電流密度做為計算依據(jù) 。 但一般難于計算 ， 可通過實驗測得 。 000 ????yy dyydVyV解得： （ 448） ?????? ???+ yqkTWJchqkTqkTyVbEbE21])( )0()1([)( ??59 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ( ) ( ) qkTyVSyyVy effSyef fy ???? ?? 。39。 ? ：有 即有擴展 ， 時 ： 時 ， 開始擴展 。39。crccrcrcc i bDslcDslcrcc i bJJJJWWNqvJNqvJWW????????])(1[ 2139。開始有效基區(qū)擴展 ， 故 Jcr39。 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 p=ND時， Jc=Jcr, xm= xm0. 21 32 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 實際上，由： （ 192） 當 時， pNNpNN AADD ??+? 。 小結(jié) 26 有效基區(qū)擴展效應(yīng) ? 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 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 。 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(yīng)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。 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 。對于均勻基區(qū)，此項自然為零。 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?。 ?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。 —— 與 。 bbnbne WnqDJ )0(2?10 結(jié)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 。 13 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 2. 基區(qū)電導調(diào)制效應(yīng) 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 。 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 。 ?晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于 g和 b*。 ? 由于合金管與平面管集電結(jié)兩側(cè)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 。210210????+?+?+?+?+??+??DmbcrcmbbDmcrcmci bNpxWJJxWWNpxJJxW210 ])()(2[DADDAmDAAn NNqNVVNxNNNx+??+???33 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 則 ( )( ) 2139。 緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展效應(yīng)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 。0?? ??]21[])(21[ 202039。時 ， E(0)=0； Jcr39。0 時， 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 弱場情況 )](1[ )](1[ )( 039。 Dslcrc NqvJJ ?? )211(0 ?? mc ib xW])(1[ 239。 kTqVeII 0?ekTqVkTqkTVqe IeeeIeIIebeb 110(039。 當發(fā)射極寬度大于有效寬度時 ， 可認為中心附近區(qū)域 （ Seff之外區(qū)域 )對器件工作不起作用 ， 或沒有電流 （ 實際很小 ） 。 ? 大電流下 ， 計算基極電阻時 ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設(shè)不再成立 。 66 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 按 基區(qū)電導調(diào)制效應(yīng) 計算 ， 定義：注入到基區(qū) eb結(jié)側(cè)邊界少子濃度達到基區(qū)雜質(zhì)濃度時所對應(yīng)的發(fā)射極電流密度為受基區(qū)電導調(diào)制效應(yīng)限制的最大發(fā)射極電流密度 。 所謂改善大電流特性 ， 就是指設(shè)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 。 ? 按有效基區(qū)擴展效應(yīng)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 。 ? 晶體管在進行功率放大時 ， eb結(jié)正偏 ， cb結(jié)反偏 ， cb結(jié)的結(jié)電阻遠大于 eb結(jié)的結(jié)電阻 ， 故晶體管的功率消耗主要在集電結(jié) ， 發(fā)熱也主要在集電結(jié) 。 晶體管中的實際情況遠比上述分析復雜得多，這是因為，①各部位并非均為嚴格的片狀材料；②熱流方向不可能是一維的；③電流在集電結(jié)非均勻分布，④強迫冷卻條件的變 化； …… 這些因素都使得熱阻的計算既復雜又粗略，故一般都通過實驗來確定。 1. 二次擊穿現(xiàn)象 80 二次擊穿和安全工作區(qū) 圖 422 二次擊穿臨界線 ? 將不同 Ib下的觸發(fā)點 A連成曲線 ， 得到二次擊穿臨界線 (圖 422)。 如果沒有保護電路 ， 晶體管很快被燒毀 。 如圖 423所示 。 同時發(fā)現(xiàn) ， 隨著外延層厚度的減薄 ， 環(huán)境溫度 TA對 PSB的影響越來越小 。 90 二次擊穿和安全工作區(qū) 一 、 電流集中二次擊穿 (1.)機理分析 (2.) 導致電流局部集中的原因 (3.) 改善及預防措施 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 91 二次擊穿和安全工作區(qū) 電流局部集中 局部結(jié)溫升高 電流隨結(jié)溫指數(shù)增加 局部達到本征溫度 形成過熱點 集電結(jié)耗盡層本征導電 Vce下降，電流急劇上升 熔點溫度，永久破壞 二次擊穿 電流集中二次擊穿 一次熱擊穿 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 92 二次擊穿和安全工作區(qū) Ib＞ 0時的二次擊穿就屬于此種 。 4. 總的 IE在各小單元發(fā)射區(qū)上分配不均勻，邊緣處散熱能力強，中心處散熱能力差，造成中心部位 Tj較高，故二次擊穿后熔融點多在中心部位。 (4)采用 發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻 。 97 二次擊穿和安全工作區(qū) (3.) 改善及預防措施 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 采用鎮(zhèn)流電阻的方式： 98 二次擊穿和安全工作區(qū) (3.) 改善及預防措施 3. 二次