【正文】 所對應(yīng)的條寬 ，記為 , ◆ 有效半寬度： 2 effSeffS ? ? ? ?1210be ffbEkTWqSaJ??????????? 非理想效應(yīng) 設(shè) 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(yīng) 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。*39。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。在基區(qū)和集電區(qū)的集電結(jié)位置的過剩少子濃度是集電結(jié)電壓的指數(shù)函數(shù)。而基極電流是由發(fā)射結(jié)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。 ? 晶體管工作于正向有源區(qū)時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 EM模型和等效電路對于晶體管的所有工作模式均適用。開關(guān)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(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟目炻Ｆ骷兄饕碾娏饔蛇@些少子的擴散決定。寬禁帶發(fā)射區(qū)摻雜濃度降低，于是結(jié)電容減小，提高了器件的速度。多晶硅發(fā)射區(qū)雙極晶體管應(yīng)用在最近的一些集成電路中， SiGe基區(qū)晶體管和異質(zhì)結(jié)晶體管 HBT多用于高頻 /高速的電路中。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％。然而，作開關(guān)時晶體管處理的是變化的大信號，而研究頻率效應(yīng)時則假定輸入信號幅度只有較小的變化。 反映了共射極電流放大倍數(shù) β 隨電流和電壓的變化 。00 ?? 非理想效應(yīng) 大注入效應(yīng) ◆ 基區(qū)電導調(diào)制效應(yīng) (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(yīng) . ? 非理想效應(yīng) ◆ 基區(qū)大注入下的電流 ◇ 均勻基區(qū)情形 ： 大注入 N+P結(jié)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(yīng) 有效基區(qū)擴展效應(yīng) ◆ 均勻基區(qū)晶體管， 結(jié)構(gòu)?? 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。電子計算機終于就要大步跨進第二代的門檻！ ? 1954年，貝爾實驗室使用 800支晶體管組裝成功人類有史以來第一臺晶體管計算機 TRADIC 雙極型晶體管的工作原理 雙極型晶體管的工作原理 ? 均勻基區(qū)：少子擴散 —擴散晶體管 ? 緩變基區(qū)：擴散 +漂移 —漂移晶體管 ? 合金晶體管： 銦球 +N型鍺 +銦球，熔化 冷卻 析出形成再結(jié)晶層， PNP,分布均勻 ? 平面擴散晶體管 ? 發(fā)射區(qū)，基區(qū)雜質(zhì)分布非均勻 ? 發(fā)射結(jié)近似為突變結(jié) ? 集電結(jié)為緩變結(jié) 雙極型晶體管的工作原理 ? N=NDNA 硼 B、磷 P分別采用預(yù)淀積、再分布兩步擴散形成高斯分布。 如： 雙極晶體管、金屬 氧化物 半導體場效應(yīng)晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管 … 原理： 在器件的兩個端點施加電壓，控制第三端的電流 晶體管的誕生 ? 1947年 12月 23日，美國物理學家肖克萊（ W 39。0c ib m mw x x??1239。 共基極交流短路電流放大系數(shù) ceii??,11????????cbii??,11???????? 晶體管交流小信號電流增益 共射級交流短路電流放大系數(shù) ； 交流小信號電流傳輸 頻率上限 ； BJT的交流特性分析 實用中，直流偏壓上面加交流小信號 ?.均勻基區(qū)晶體管 （ npn） ne ne 頻率上限 ?緩變基區(qū)晶體管 頻率上限 1e e TeerC? ???◆ 發(fā)射結(jié)延遲時間 e n e p e c Tei i i i? ? ??發(fā)射極電流 延時因子 ◆ 發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時間 頻率上限 ◆ 基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間 ? ? nbbbb DmW 2112???? ???均勻基區(qū)晶體管 ?對緩變基區(qū) (基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)分布 ) ? ?2220. .2 0. 09 8 .9 4 11( 1 ) ,( 1 )nb bbbb b nbm P eDWmW m D?? ? ? ???????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??對平面管（高斯分布可用指數(shù)分布近似），通常 nbbbbnbbDWWDm5,5,222 ????? ???? 頻率上限 延時因子 ◆ 集電結(jié)勢壘輸運系數(shù)及渡越時間 假設(shè) :在正弦交流信號的正 半周 ,由于電流密度的增大 使穿過空電區(qū)電荷增加了 － Q(集電結(jié)電壓不變時 , 空電區(qū)電荷總量不變 ) 正半周 :為了補償增加的－ Q,負 空間電荷應(yīng)減少－ Q/2( x3+), 正空間電荷增加＋ Q/2(x4+) 負半周 :為了補償減少的－ Q,負 空間電荷應(yīng)增加－ Q/2(x3), 正空間電荷減少＋ Q/2(x4) 頻率上限 延時因子 ◆ 集電結(jié)勢壘渡越時間 1 2 mcdd slx?????◆ 集電區(qū)倍增因子與集電極延遲時間 1c cs TccrC? ????集電極延遲時間：交流電流流過 rcs 時，將產(chǎn)生交流壓降 (cb結(jié)壓降跟著變 ),導致充放電電流 icTC對 cb 結(jié)電容 CTC充放電，使輸出電流下降 頻率上限 延時因子 ① α截止頻率 ：定義為 α由低頻值 下降到 所對應(yīng)的頻率。在，基極電流提供電荷使發(fā)射結(jié)由反偏變?yōu)檩p微正偏。 大信號開關(guān) ? 當晶體管進入飽和區(qū)時，集電結(jié)變?yōu)檎?；于是肖特基二極管也變?yōu)檎? ? 假設(shè)硼和赭的分布如圖 ，那么同硅基區(qū) npn型晶體管相比，赭硅基區(qū) npn型晶體管的能帶圖如圖 。 其它的雙極晶體管結(jié)構(gòu) 總結(jié) ? 有兩種類型的雙極晶體管－ npn型和 pnp型。 ? ，有助于少子越過基區(qū)。摻雜濃度為 NE=5?1017cm3,NB=1016cm3，NC=5?1014cm3，工作于反向有源區(qū)。 ? 需要考慮的幾個非理想效應(yīng)： ? ，或者說是厄爾利效應(yīng)：中性基區(qū)寬度隨集電結(jié)電壓變化而發(fā)生變化，于是集電極電流隨集電結(jié)或發(fā)射結(jié)電壓變化而變化。試驗性的基區(qū)寬度為 /砷化鎵異質(zhì)結(jié)晶體管的截止頻率為 40GHz數(shù)量級。 其它的雙極晶體管結(jié)構(gòu) SiGe基區(qū)晶體管 ? 赭的禁帶寬（～ ）度遠比硅（～ ）的小。它是一個普通的 npn晶體管，并在它的基極和集電極之間連接一個肖特基二極管，如圖 。 ? 首先考慮從截止態(tài)轉(zhuǎn)換為飽和態(tài)的情況。 。 0nxx??C結(jié)勢壘區(qū) cslJpqV?由空穴漂移電流推出 000mmCDxxslJd E qx d x N x d xd x q V???????? ?? ?????? ????? ?00 0 pmm m n p n D Pxxxx d E x E E d x d V V?? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?左邊為 右邊為 20 2CmDslJxq NV???? ?????? ??????左 =右 ,并令 cr sl DJ qv N?，得小注入勢壘區(qū)寬度 非理想效應(yīng) 結(jié)論 ： (1)當 pND時， 小注入 , xm=xm0, C結(jié)空電區(qū)邊界不動。故基極電流正比于 exp(VBE/Vt) 。Bipolar junction transisitor (BJT) 第三章 雙極晶體管 第三章 雙極晶體管 ? 雙極晶體管的工作原理 ? 少子的分布與直流特性 ? 低頻共基極電流增益 ? 非理想效應(yīng) ? 等效電路模型 ? 頻率特性 ? 大信號開關(guān)特性 ? 其他的雙極晶體管結(jié)構(gòu) ? 無源器件（ passive device） ： 工作時不需要外部能量源（ Source Energy）的器件。 雙極型晶體管的工作原理 工作模式 pn結(jié)電壓大于 0，正偏； 反之反偏 四種工作模式 (npn)： 正向有源： Vbe0， Vbc0 飽和： Vbe0， Vbc0 反向有源： Vbe0， Vbc0 截止： Vbe0， Vbc0 ? VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE ? 當 VCC足夠大， VR較小時， VCB0 此時 正向有源。 (2)當 pND時 ,特大注入 , xm→0 有效基區(qū)擴展到CB結(jié)冶金結(jié)處。 ， 考慮了外延層電荷存儲引起的準飽和效應(yīng) 。假定截止電壓，于是發(fā)射結(jié)反偏。肖特基鉗位晶體管的電路符號如圖 。將赭摻進硅中，那么同純硅相比，其禁帶寬度會降低。 ? 砷化鎵的一個缺點是少子壽命較小。 ? 。 BC結(jié)點壓最大為多少滿足小注入條件？ 。 ? 。曾有過電流增益為 150的報導。我們想要的赭分布是，在靠近發(fā)射結(jié)處赭濃度最小、在靠近集電結(jié)處，赭濃度最大。肖特基鉗位晶體管或者說肖特基晶體管就是一個普通的晶體管。我們設(shè)足夠大，能將晶體管驅(qū)動到飽和態(tài)。B圖