【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下 ， 電場(chǎng)區(qū)將保持 n=Nc， 而dE/dx=0 EqJqvJn cc0??? 46 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 弱場(chǎng)情況 ? 有多余部分 n積累在電場(chǎng)區(qū)邊界做為負(fù)電荷層以維持電場(chǎng) ， 弱場(chǎng)中只允許 n=Nc的電子流過 。 ? 外加電壓不變 ， 電場(chǎng)分布曲線包圍面積不變 ， E(x)曲線包圍區(qū)域隨 Jc增大而變窄 、 增高 ， 直至達(dá)到強(qiáng)場(chǎng) ， n才可以大于 Nc， v=vsl。 47 cccccTcccTcnncrcTcccrccWVWVNWVqnqvJWVEJJJ??? ????????0039。39。039。39。0 時(shí)， 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 弱場(chǎng)情況 )](1[ )](1[ )( 039。039。39。ccDccbbccDccc i bc i bccTccc i bcrWVVJNqWWWWVVJNqWWWWVJWJJ???????????????時(shí)，感應(yīng)基區(qū)寬度為當(dāng)48 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 小結(jié) ? 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)是大電流 （ 密度 ） 下造成晶體管電流放大系數(shù)下降的重要原因之一 。 根據(jù)晶體管結(jié)構(gòu)和工作條件 ， 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)分三種類型 ， 有各自的擴(kuò)展規(guī)律 、 機(jī)制和臨界電流密度 。 ? ：有 即有擴(kuò)展 ， 時(shí) ： 時(shí) ， 開始擴(kuò)展 。 ： 時(shí) ， 開始擴(kuò)展 。 ? 由于 的變化 ， 改變了空間電荷區(qū)電場(chǎng)和電荷分布 ， 出現(xiàn)有效基區(qū)擴(kuò)展 ， 本質(zhì)上都是集電結(jié)空間電荷區(qū)總電荷在一定的集電結(jié)偏壓作用下恒定的限制所造成的 ， 故也稱集電結(jié)空間電荷區(qū)電荷限制效應(yīng) 。 Dslcrc NqvJJ ?? )211(0 ?? mcib xW])(1[ 239。cmccrcrcWxJJJ ???ccTCccrc WVNqvJJ????39。39。cJcrcr JJ ?39。crcr JJ ?39。39。49 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 50 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? 實(shí)際晶體管中 ， 基極電流平行于結(jié)平面流動(dòng) ? 基極電流在狹長(zhǎng)的基極電阻上產(chǎn)生平行于結(jié)平面方向的橫向壓降 ? 大電流下 ， 橫向壓降也很大 ， 明顯改變 eb結(jié)各處實(shí)際電壓 ， 導(dǎo)致各處實(shí)際注入電流的懸殊差異 ? 電流大部分集中在發(fā)射區(qū)邊界 ， 使發(fā)射區(qū)面積不能充分利用 ? 電流的局部集中使得在小電流下局部也有較大的電流密度 ， 從而引起局部的 “ 大注入 ” 效應(yīng)和有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 51 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 1. 發(fā)射極電流分布 2. 發(fā)射區(qū)有效寬度 3. 發(fā)射極有效長(zhǎng)度 4. 基極電阻的變化 ? 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? 發(fā)射區(qū)有效 （ 半 ） 寬度 ? 發(fā)射極有效長(zhǎng)度 ? 發(fā)射極峰值電流密度 ? 發(fā)射極平均電流密度 概念 定義 計(jì)算 52 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) （ 137） ? 由于 pn 結(jié)電流與結(jié)電壓的指數(shù)關(guān)系 ， 發(fā)射結(jié)偏壓越高 ， 發(fā)射極邊緣處的電流較中間部位的電流越大 ， 這種現(xiàn)象稱為 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 。 ? 這種效應(yīng)是由于基區(qū)體電阻的存在引起橫向壓降所造成的 ， 又稱之為 基極電阻自偏壓效應(yīng) 。 kTqVeII 0?ekTqVkTqkTVqe IeeeIeIIebeb 110(039。 ???? ?53 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 圖 413 發(fā)射極上的電流分布 54 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 發(fā)射極 電流集邊效應(yīng) (或基極電阻自偏壓效應(yīng) )增大了發(fā)射結(jié)邊緣處的電流密度 ， 使之更容易產(chǎn)生大注入效應(yīng)或有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) ，同時(shí)使發(fā)射結(jié)面積不能充分利用 ， 因而有必要對(duì)發(fā)射區(qū)寬度的上限作一個(gè)規(guī)定 。 ? 為充分利用發(fā)射區(qū)面積 ， 限制集邊效應(yīng) ， 特規(guī)定：發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為 kT/q時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度 ， 記為 2Seff。 Seff稱為有效半寬度 。 55 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 56 dyyJyIWL dyyIdrydV BbBbebBb ??????? )()()()( ?? 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) （ 444） （ 445） ? ? ? ? ? ? ? ?bEbCEBWyJWyJyJdydJ ????? 1rb的自偏壓 dyLyJdIyIdyLyJyI ecBBeEB ?????? )()()()(57 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? ? ? ? ? ? ? ? kTyqVEkTyqVEE eJeJyJ E 00 ?? （ 446） 0 E區(qū) V Y V(Y) VE(y) V(y)—— 沿 Y方向的電勢(shì)分布 VE(y)—— 沿 Y方向 eb結(jié)上電壓分布 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? kTyqVEkTyVVqEkTyqVEEkTqVEEeJeJeJyJeJJEEE0000000????? 58 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?]1[0101 ]1[110022kTyqVJWeJWkTyqVJWeJWdyyVdEbbkTyqVEbbEEbbkTyqVEbb E??????????????????（ 447） 邊界條件： ? ? ? ? 0 。 000 ????yy dyydVyV解得： （ 448） ?????? ???? yqkTWJqkTqkTyVbEbE21])( )0()1([ch)( ??59 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? ? ? ? qkTyVSyyVy e f fSye f fy ???? ?? 。 0 0S 0e f f 時(shí)，時(shí)，的定義：根據(jù)? ? ? ?21]01[Ebbe f f JqkTWS?? ??（ 449） 可代替 JE(0)計(jì)算 Seff， 意義更明顯，運(yùn)用更方便。 )0(7 1 )0()0()(1)0(7 1 0 EqkTkTqVEe f fEEEPJdVeJVSVJJJ?????發(fā)射極平均電流密度：發(fā)射極峰值電流密度：60 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 有關(guān)定義均以發(fā)射極寬度等于有效寬度為前提。 當(dāng)發(fā)射極寬度大于有效寬度時(shí) ， 可認(rèn)為中心附近區(qū)域 （ Seff之外區(qū)域 )對(duì)器件工作不起作用 ， 或沒有電流 （ 實(shí)際很小 ） 。 上述討論以 y=0為坐標(biāo)原點(diǎn) ， 但 Seff是從發(fā)射極邊緣向中心計(jì)算的 。 61 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? 定義： 沿極條長(zhǎng)度方向 ， 電極端部至根部之間壓降為 kT/q時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射極長(zhǎng)度稱為發(fā)射極有效長(zhǎng)度 ? 作用：類似于基極電阻自偏壓效應(yīng) ， 但沿 Z方向 ，作用在結(jié)的發(fā)射區(qū)側(cè) ? 計(jì)算：與基極電阻相同求法求出發(fā)射極條等效電阻后 ,按定義求出 。 圖 417 沿發(fā)射極條長(zhǎng)方向的電流分布 62 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? 大電流下 ， 計(jì)算基極電阻時(shí) ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設(shè)不再成立 。 由于集邊效應(yīng) ， 使得與 Ie復(fù)合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應(yīng)所引起的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會(huì)大為減小 。 但一般難于計(jì)算 ， 可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得 。 63 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 小結(jié) 1. 發(fā)射極電流分布 2. 發(fā)射區(qū)有效寬度 3. 發(fā)射極有效長(zhǎng)度 4. 基極電阻的變化 ? 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) ? 發(fā)射區(qū)有效 （ 半 ） 寬度 ? 發(fā)射極有效長(zhǎng)度 ? 發(fā)射極峰值電流密度 ? 發(fā)射極平均電流密度 概念 定義 計(jì)算 ? 為充分利用發(fā)射區(qū)面積 ， 限制集邊效應(yīng) ， 特規(guī)定： 發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為kT/q時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度 ， 記為 2Seff。 Seff稱為有效半寬度 。 ? 大電流下 ， 計(jì)算基極電阻時(shí) ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設(shè)不再成立 。 由于集邊效應(yīng) ， 使得與 Ie復(fù)合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應(yīng)所引起的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會(huì)大為減小 。 但一般難于計(jì)算 ， 可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得 。 ? ? ? ?21?????????????? Ebbe f f JqkTWS ??64 發(fā)射極單位周長(zhǎng)電流容量 —— 線電流密度 ? 由于電流集邊效應(yīng) ， 使得在大電流情況下晶體管的電流容量不是取決于發(fā)射區(qū)面積 ， 而是取決于發(fā)射區(qū)的周長(zhǎng) 。 為此 ， 特定義單位發(fā)射極周長(zhǎng)上的電流為 線電流密度 ： e f fCMe f fe f fCMECMC M L SJSAILIJ ????65 發(fā)射極單位周長(zhǎng)電流容量 —— 線電流密度 ? 上式中 JCM為保證不發(fā)生 基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 或 基區(qū)大注入效應(yīng) 的最大 (面 )電流密度 。 由于二者數(shù)值不等 ，在設(shè)計(jì)晶體管時(shí)應(yīng)按較小的電流密度做為計(jì)算依據(jù) 。 一般說來 ， 合金型晶體管基區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于集電區(qū)雜質(zhì)濃度 ， 容易發(fā)生基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 。而外延平面 (臺(tái)面 )管 ， 因基區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集電區(qū)雜質(zhì)濃度 ， 易于發(fā)生向集電區(qū)延伸的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 。 66 發(fā)射極單位周長(zhǎng)電流容量 —— 線電流密度 ? 按 基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 計(jì)算 ， 定義：注入到基區(qū) eb結(jié)側(cè)邊界少子濃度達(dá)到基區(qū)雜質(zhì)濃度時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電流密度為受基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)限制的最大發(fā)射極電流密度 。 對(duì)于均勻基區(qū)管： 對(duì)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(zhǎng)電流容量 —— 線電流密度 ? 按 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 計(jì)算 ， 定義：基區(qū)開始擴(kuò)展時(shí)的臨界電流密度為最大集電極電流密度 。 對(duì)于均勻基區(qū)管： 對(duì)于緩變基區(qū)管： 強(qiáng)場(chǎng) 弱場(chǎng) 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 BslcrCM NqvJJ ??CslcrCMcTcCslcrCMNqvJJqWVNqvJJ?????39。2039。 ]2[ ??cTcCncrCM WVNqJJ039。39。 ???68 發(fā)射極單位周長(zhǎng)電流容量 —— 線電流密度 ? 在晶體管設(shè)計(jì)時(shí) ， 應(yīng)按上述各式求出發(fā)生基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)及有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)的最大電流密度 ， 選其中較小者作為設(shè)計(jì)的上限 ， 以保證在正常工作時(shí)晶體管中不會(huì)發(fā)