【正文】 總電流 = 電子電流 + 空穴電流 令 得 (0)e nbAJ? 1()c peA J x??ecA A A??000c sc ( 1 )eb p c cq V k Tn b b b n b b bCn b n b n b n b p cqD pqD n W qD n WI A h e c t hL L L L L?? ??? ? ? ???? ? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??????C極總電流 = C區(qū)電子電流 + 空穴電流（忽略 c結勢壘產(chǎn)生電流） 000 ( 1 ) c scebp e e q V k Tn b b b n b b bEn b n b p e n b n bqD pqD n W qD n WI A c t h e hL L L L L??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 少子分布 二 緩變基區(qū)晶體管（以 npn為例） 1. 緩變基區(qū)中的自建電場 0bb p b p dPP q E q D dx? ?? ? ? ( ) ( )11( ) ( )bbbbbd p x d N xk T k TEx q p x d x q N x d x? ? ? ? ? ?? 少子分布 少子分布 dxxdNxNqKT ABABBB)()(1?? dx xdNxNqKT DBDBBB)()(1???)()0(lnBABAB WNN?? 基區(qū)雜質指數(shù)分布 BJT的基區(qū)漂移系數(shù) ? 從輸運方程開始求非平衡少子密度 NPB(X) ? 利用邊界條件求出 jnB 少子分布 ( ) ( )() bWnbbb xn b bJn x N x d xq D N x??? ?( ) ( 0 ) b xWbbN x N e ???(0)ln ()bbbNNW? ?()bx n x? ? ?()bdn xdx ??擴散電流增加，漂移電流減少，但二者之和不變。00 ?? 非理想效應 大注入效應 ◆ 基區(qū)電導調(diào)制效應 (npn管） 小注入時基區(qū)電阻率 : ? ? ? ?11B p b B p b bq p q N? ? ?????大注入時的基區(qū)電阻率（受到 Δn影響） : 大注入時，基區(qū)電阻率 ρb’隨注入電子濃度 Δn增加 而 下降 ,稱之為 基區(qū)電導調(diào)制效應 . ? 非理想效應 ◆ 基區(qū)大注入下的電流 ◇ 均勻基區(qū)情形 ： 大注入 N+P結有 E區(qū)向基區(qū)注入電子形成的電流 相當于 Dnb擴大了一倍 . 非理想效應 有效基區(qū)擴展效應 ◆ 均勻基區(qū)晶體管， 結構?? NPP電中性條件 D n A PqN X qN X?大電流下，空穴的注入使得 ()()DDAAq N q N pq N q N p???? ???????? ??基本不變pnnxxx 39。0 1 cmmcrJxxJ????????? 非理想效應 發(fā)射區(qū)重摻雜效應（發(fā)射區(qū)禁帶變窄） 發(fā)射區(qū)過重的摻雜不僅不能提高發(fā)射效率，反而使發(fā)射效率降低 *形成雜質帶尾 ，禁帶變窄 39。 反映了共射極電流放大倍數(shù) β 隨電流和電壓的變化 。 ② β截止頻率 ：定義為 β由低頻值 下降到 所對應的頻率。然而，作開關時晶體管處理的是變化的大信號，而研究頻率效應時則假定輸入信號幅度只有較小的變化。發(fā)射結空間電荷區(qū)變窄，離化施主和受主被中和。我們稱這段時間為上升時間，在這段時間內(nèi)集電極電流由最終值的 10％增加到 90％。在前面的章節(jié)中我們知道，肖特基二極管的開啟電壓大約只有 pn結的一半。多晶硅發(fā)射區(qū)雙極晶體管應用在最近的一些集成電路中， SiGe基區(qū)晶體管和異質結晶體管 HBT多用于高頻 /高速的電路中。由于赭的濃度非常小，這兩種晶體管的發(fā)射結實際上是完全一樣的。寬禁帶發(fā)射區(qū)摻雜濃度降低，于是結電容減小，提高了器件的速度。每一種晶體管都有三個不同的摻雜區(qū)和兩個 pn結。器件中主要的電流由這些少子的擴散決定。 ? — 穿通和雪崩擊穿。開關特性的一個重要的參數(shù)是電荷存儲時間，它反映了晶體管由飽和轉變?yōu)榻刂沟目炻?。?a）畫出其能帶圖（ b）畫出器件中的電場（ c）晶體管處于正向有源區(qū)時重復（ a），（ b） pnp型雙極晶體管， T=300K。 EM模型和等效電路對于晶體管的所有工作模式均適用。發(fā)射效率考慮了從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的載流子，基區(qū)輸運系數(shù)反映了載流子基區(qū)中的復合，復合系數(shù)反映了載流子在正偏發(fā)射結內(nèi)部的復合。 ? 晶體管工作于正向有源區(qū)時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。砷化鎵中電子的遷移率大約是硅中的 5倍；于是，砷化鎵的基區(qū)渡越時間非常短。而基極電流是由發(fā)射結參數(shù)決定的，因此兩種晶體管的基極電流實際上是完全一樣的。如圖所示， p型基區(qū)和 n型多晶硅之間有一層非常薄的 n＋型單晶硅區(qū)。在基區(qū)和集電區(qū)的集電結位置的過剩少子濃度是集電結電壓的指數(shù)函數(shù)。 大信號開關 肖特基鉗位晶體管 ? 減小儲存時間，提高晶體管轉換速度的一種常用的方法是采用肖特基鉗位晶體管。在這段時間內(nèi)集電極電流從零上升為它的最終值的 10％，這段時間稱為延遲時間。我們將描述在轉換過程中在晶體管內(nèi)發(fā)生的物理過程。*39。 ， 改善了高電平下的伏安特性 。 ◆ 發(fā)射區(qū)有效寬度 取薄層 dy, IB（ y）在dy上的壓降為： dy 非理想效應 ? ? ? ? ? ? ? ?b B b B b Bebdyd V y d r I y I y J y d yLW??? ? ?據(jù)電流連續(xù)原理 ? ? ? ? ? ? ? ? dyLYJdIYIdYLYJYI ECBBEEB ???????兩邊同除以 經(jīng)整理后 得 dyWLBE? ? ? ?2210bEbkTdVJq kT vd y qkTWq??????? ? ?????? ???????????解此二階常微分方程 非理想效應 ? ? ? ? ? ?? ?1210/bEEbJk T k TV y c h yq q W k T q??????????? ????????代入 可得電流的 Y向分布， y越大 ,JE越大 ,集邊效應越顯著 . ? ? ? ? ? ? /0 Eq v y k TEEJ y J e?◆ 發(fā)射極有效寬度：從發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為 kT／ q 所對應的條寬 ，記為 , ◆ 有效半寬度： 2 effSeffS ? ? ? ?1210be ffbEkTWqSaJ??????????? 非理想效應 設 處 , JE為峰值 JEP,得 E極電流平均值 effyS?? ? ? ?07 1 1 EEEP JeJJ ?? ?? ? ? ? 01 ( 0 ) 1 . 7 1 8 ( 0 )0qvKTkTqE E Ee ffJ J e d v JV S V??? ??用 JEP 表示 Seff: ? ? 12/ be ffb EPk T q wSJ????? ?????用 表示 Seff E J ? ? 12/ be ffbEk T q wSJ????????? 非理想效應 高頻下 : ? ? 12/2 .1 7 6 bTe ffb EPk T q w fSJf????????? ? 12/1 .7 3 0 bTe ffbEk T q w fSJf???? ????◆ 發(fā)射極有效長度（ Leff） （ 2μm）、窄，大電流時，其電阻不可忽略。()D n A Pq N p X q N X??正電荷密度增加 負電荷密度減少 非理想效應 ? ?22 00 ()Dxdq Npdx??? ? ? ?? ? ? ? ?? ?39。圖 215給出了一個實際外延平面晶體管在不同工作電壓下雜質分布及電場分布的計算結果。 雙極型晶體管的工作原理 晶體管電流的簡化表達式 集電極電流： 假定：基區(qū)電子線性分布 集電極電流為擴散電流 結論 ：集電極電流由基極和發(fā)射極之間的電壓控制，這就是晶體管的工作原理 發(fā)射極電流： 一是由從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子電流形成的（ iE1）；二是由基區(qū)的多子空穴越過 BE結注入到發(fā)射區(qū)（ iE2） ,它也是正偏電流，表達形式同 iE1 雙極型晶體管的工作原理 晶體管電流的簡化表達式 基極電流 : 一是 iE2， 該電流正比于 exp(VBE/Vt) ，記為 iBa；另一是基區(qū)多子空穴的復合流 iBb,依賴于少子電子的數(shù)量，也正比于 exp(VBE/Vt) 。電流表的指示清晰地顯示出，他們得到了一個有放大作用的新電子器件！布拉頓和巴丁興奮地大喊大叫起來。電阻、電容、電感、二極管。 ? 1948年，肖克萊發(fā)明了“結型晶體管 ”。 ? IC增大， VR增大， VCB減小， C結零偏 準飽和 ， C結反偏 飽和 飽和時集電極電流不受控于 VBE！ 雙極型晶體管的工作原理 雙極型晶體管的工作原理 雙極晶體管放大電路 雙極晶體管和其他元件相連， 可以實現(xiàn)電壓放大和電流放大 少子分布 ? 對于正向有源工作 npn器件，如何計算電流？ ? 晶體管電流 少子擴散電流 少子分布？ ? 本書重要符號 : ? NE,NB,NC 發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的摻雜濃度 ? xE,XB,xC 電中性發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的寬度 ? DE,DB,DC 發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的少子擴散系數(shù) ? LE,LB,LC 發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的少子擴散長度 ? Pe0 發(fā)射區(qū)熱平衡少子空穴濃度 ? Nb0 基區(qū)熱平衡少子電子濃度 ? Pc0 集電區(qū)熱平衡少子空穴濃度 正向有源模式 少子分布 一 均勻基區(qū)晶體管（以 npn為例） 假設： （采用一維理想模型） ? e,b,c三個區(qū)均勻摻雜， e,c結突變 ? e,c結為平行平面結，其面積