【正文】 這種二次擊穿是由集電結(jié)內(nèi)的電場分布及雪崩倍增區(qū)隨 Ic變化 ， 倍增多子反向注入勢壘區(qū) 而引起的 ， 故稱為雪崩注入二次擊穿 。當集電結(jié)反偏繼續(xù)升高 ， 電流 Ic增大到某 — 值后 ,cb結(jié)上壓降突然降低而Ic卻繼續(xù)上升 ， 即出現(xiàn)負阻效應(yīng) (如圖 4— 21)， 這種現(xiàn)象稱為二次擊穿 。 ② 固定占空比時，脈沖寬度越窄， PSB越大。 顯然 ， 考慮二次擊穿之后 ， 晶體管的安全工作區(qū)變小了 。 ?區(qū)域 Ⅲ為 雪崩注入二次擊穿區(qū) 。鎮(zhèn)流電阻 RE可以防止正偏二次擊穿，鉗位二極管 D可以防止反偏二次 擊穿。 ②增大外延層摻雜濃度，以增大雪崩二次擊穿臨界電流密度 Jco， 但這又與提高 BVcbo相矛盾。 R減小引起 Veb下降 ， 導致正向注入減少 ， 只有增大 Vce(增強集電結(jié)雪崩倍增 )， 產(chǎn)生大量空穴流過 R才能維持 R上足夠大的壓降 ， 即維持 eb結(jié)上的正偏并從一次擊穿向二次擊穿過渡 ， 所以 VSB繼續(xù) 升高 。 且隨 │ Ib│ 的增大而減小 。 若 VSB能使 Wc內(nèi)保持EM， 則維持雪崩 ， 并發(fā)生電場分布的轉(zhuǎn)移 。 97 二次擊穿和安全工作區(qū) (3.) 改善及預(yù)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(yù)防措施 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 99 二次擊穿和安全工作區(qū) 二 、 雪崩注入二次擊穿 (1.)機理分析 (2.) 擊穿條件 (3.) 雪崩注入二次擊穿臨界線 （ 4.） 改善或消除措施 這是一種與外延層厚度密切相關(guān)的二次擊穿。 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 96 二次擊穿和安全工作區(qū) (3.) 改善及預(yù)防措施 發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻取值： 當 發(fā)射結(jié)結(jié)溫變化為 177。 (4)采用 發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻 。 可以考慮的措施有： (1)降低 rb， 以改善發(fā)射極電流集邊效應(yīng)的影響 。 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。 3. 二次擊穿原因分析及改善措施 93 二次擊穿和安全工作區(qū) (2.) 導致電流局部集中的原因 1. 大電流下 Ie的 高度集邊 。 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(yù)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 。 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 。 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 。 基區(qū)電阻越大 ， PSB越低 。 如圖 423所示 。 其中 m與晶體管種類及制作方法有關(guān) 。 如果沒有保護電路 ， 晶體管很快被燒毀 。 ? 顯然 ， ESB（ 或二次擊穿觸發(fā)功率 PSB)越大 ， 發(fā)生二次擊穿越困難 ， 該晶體管 抗二次擊穿能力 越強 。 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)。 當集電結(jié)反偏繼續(xù)升高 ， 電流 Ic增大到某 — 值后 ,cb結(jié)上壓降突然降低而 Ic卻繼續(xù)上升 ， 即出現(xiàn)負阻效應(yīng) (如圖 4— 21)，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿 。 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。 如果環(huán)境溫度記為 TA， 則管芯每單位時間向外部散發(fā)的熱量應(yīng)為 Q＝ K(TJ一 TA)， K為平均熱導 。 ? 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) 。 晶體管具有功率放大作用 ， 并不是說它本身產(chǎn)生能量 ，晶體管只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成輸出信號的能量 ， 使輸出信號功率 Po比輸入信號功率 Pi大 Kp倍 (Kp＝ Po/Pi)。 ? 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 。 如實在滿足不了要求 ， 只能靠加長發(fā)射極總周長來改善大電流特性 。 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 。 ]2[ ??cTcCncrCM WVNqJJ039。 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 。 為此 ， 特定義單位發(fā)射極周長上的電流為 線電流密度 ： e f fCMe f fe f fCMECMC M L SJSAILIJ ????65 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 上式中 JCM為保證不發(fā)生 基區(qū)擴展效應(yīng) 或 基區(qū)大注入效應(yīng) 的最大 (面 )電流密度 。 ? 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 。 由于集邊效應(yīng) ， 使得與 Ie復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)電導調(diào)制效應(yīng)使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴展效應(yīng)也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會大為減小 。 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 ） 。 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) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )( )( )??????+??????????+????kTyqVJWeJWkTyqVJWeJWdyyVdEbbkTyqVEbbEEbbkTyqVEbb E10101 1110022????????（ 447） 邊界條件： ( ) ( ) 0 。 kTqVeII 0?ekTqVkTqkTVqe IeeeIeIIebeb 110(039。crcr JJ ?39。 Dslcrc NqvJJ ?? )211(0 ?? mc ib xW])(1[ 239。 根據(jù)晶體管結(jié)構(gòu)和工作條件 ， 有效基區(qū)擴展效應(yīng)分三種類型 ， 有各自的擴展規(guī)律 、 機制和臨界電流密度 。0 時， 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 弱場情況 )](1[ )](1[ )( 039。 47 cccccTcccTcnncrcTcccrccWVWVNWVqnqvJWVEJJJ??? ????????0039。時 ， E(0)=0； Jcr39。2139。0?? ??]21[])(21[ 202039。 40 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 強場情況 （ 435） （ 436） （ 436a） 因 JcJcr39。 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 。 由于 電子的流入 ， 引起負空間電荷區(qū) （ 基區(qū)側(cè) ）電荷密度增加 ， 正空間電荷區(qū) （ 集電區(qū)側(cè) ） 電荷密度減小 。210210????+?+?+?+?+??+??DmbcrcmbbDmcrcmci bNpxWJJxWWNpxJJxW210 ])()(2[DADDAmDAAn NNqNVVNxNNNx+??+???33 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 則 ( )( ) 2139。 ? 當 pND時，即特大注入情況，xm→0 ， 有效基區(qū)寬度擴展到 cb結(jié)冶金結(jié)處。 ? 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 。 由于大注入下基區(qū)電子擴散系數(shù)增大一倍，可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半，復合幾率下降，所以使體內(nèi)復合和表面復合均較小注入時減少一半。 ?晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于 g和 b*。 第二項 、 第三項表明 ， 由于大注入下基區(qū)電子擴散系數(shù)增大一倍 ， 可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半 ， 復合幾率下降 ， 所以使體內(nèi)復合和表面復合均較小注入時減少一半 。 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 。 第一項 ：小注入時的 發(fā)射效率項 。 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 。 11 在 (大注入、緩變基區(qū) )自建電場 E作用下 dxdnqDpEqJdxdpqDpEqJnnnppp+?????對多子空穴 ,動態(tài)平衡時 ,擴散流等于漂移流 , 0?pJdxxdpxpqkTEdxxdpDExppp)()(1 )()( ????dxdnnNqkTEnNNdxdnnNdxdNNnNNqkTnNdxdnNqkTExnxNxpb