【正文】 ② 直流放大系數(shù) b0或 fT盡量做得大些 。 69 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 在功率晶體管中 ， 常常會遇到 “ 改善大電流特性 ” 的問題 。39。2039。 對于均勻基區(qū)管： 對于緩變基區(qū)管： bBnbEM WNqDJ ?bBnbEM WNqDJ ?0])0()0(1[)0(?++? pxbbbbbnbne nNnWnqDJ??(41) 67 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 按 有效基區(qū)擴展效應 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 。而外延平面 (臺面 )管 ， 因基區(qū)雜質(zhì)濃度遠遠高于集電區(qū)雜質(zhì)濃度 ， 易于發(fā)生向集電區(qū)延伸的有效基區(qū)擴展效應 。 由于二者數(shù)值不等 ，在設計晶體管時應按較小的電流密度做為計算依據(jù) 。 ( ) ( )21?????????????? Ebbef f JqkTWS ??64 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 由于電流集邊效應 ， 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 。 由于集邊效應 ， 使得與 Ie復合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應所引起的基區(qū)電導調(diào)制效應使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴展效應也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會大為減小 。 Seff稱為有效半寬度 。 但一般難于計算 ， 可通過實驗測得 。 圖 417 沿發(fā)射極條長方向的電流分布 62 發(fā)射極電流集邊效應 ? 大電流下 ， 計算基極電阻時 ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設不再成立 。 上述討論以 y=0為坐標原點 ， 但 Seff是從發(fā)射極邊緣向中心計算的 。 )0(7 1 )0()0()(1)0(7 1 0 EqkTkTqVEef 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 有關定義均以發(fā)射極寬度等于有效寬度為前提。 000 ????yy dyydVyV解得： （ 448） ?????? ???+ yqkTWJchqkTqkTyVbEbE21])( )0()1([)( ??59 發(fā)射極電流集邊效應 ( ) ( ) qkTyVSyyVy effSyef fy ???? ?? 。 Seff稱為有效半寬度 。 ???? ?53 發(fā)射極電流集邊效應 圖 413 發(fā)射極上的電流分布 54 發(fā)射極電流集邊效應 發(fā)射極 電流集邊效應 (或基極電阻自偏壓效應 )增大了發(fā)射結(jié)邊緣處的電流密度 ， 使之更容易產(chǎn)生大注入效應或有效基區(qū)擴展效應 ，同時使發(fā)射結(jié)面積不能充分利用 ， 因而有必要對發(fā)射區(qū)寬度的上限作一個規(guī)定 。 ? 這種效應是由于基區(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 。39。cJcrcr JJ ?39。cmccrcrcWxJJJ +??ccTCccrc WVNqvJJ????39。 ? 由于 的變化 ， 改變了空間電荷區(qū)電場和電荷分布 ， 出現(xiàn)有效基區(qū)擴展 ， 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 。 ? ：有 即有擴展 ， 時 ： 時 ， 開始擴展 。ccDccbbccDccci bci bccTccci bcrWVVJNqWWWWVVJNqWWWWVJWJJ???+???????????時，感應基區(qū)寬度為當48 有效基區(qū)擴展效應 小結(jié) ? 有效基區(qū)擴展效應是大電流 （ 密度 ） 下造成晶體管電流放大系數(shù)下降的重要原因之一 。039。39。39。 ? 外加電壓不變 ， 電場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 ， 直至達到強場 ， n才可以大于 Nc， v=vsl。被稱為平面管強場下有效基區(qū)擴展的 臨界電流密度 ? 感應基區(qū)擴展的極限是 nn+交界面 小結(jié) 43 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 44 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 ? 如果 Jc=Jcr=qvslND(NA)時 ， cb結(jié)勢壘區(qū)場強小于 104V/cm,則處于弱場情況 ? 載流子在勢壘區(qū)中尚未達到極限漂移速度 ， 載流子的漂移速度與電場強度成正比 ? 電流 (Jc=qvn)的增加依靠載流子速度的提高來實現(xiàn) ? 載流子速度的提高依靠電場強度的提高 ? 此時 n=Nc， 集電結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)凈電荷為零 ， 電場保持均勻 ? 隨著 Jc增大 ， 勢壘區(qū)保持均勻電場向襯底收縮 ， 同時均勻的電場強度增大 ， 發(fā)生緩變基區(qū)晶體管弱場下的有效基區(qū)擴展效應 ？ 45 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 ? 當 n=Nc時 ， dE/dx=0. 隨著 Jc增大 ， 若 n增加 ， 使 nNc， 則有凈電荷 ， 使 |E(x)|隨x增大 。DslcDslcrcbb NqvJNqvJWWW???+?42 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 ? 緩變基區(qū)晶體管集電結(jié)空間電荷區(qū)主要向集電區(qū)側(cè)擴展 ? 大量載流子流過電荷區(qū) ， 改變其中電荷密度 ? 強場時 ， 載流子達到極限漂移速度 ， 電流增大 ， 載流子濃度增大 ? Jc=Jcr=qNDvsl時 ， 載流子電荷恰好中和集電區(qū)電荷 ， 正負電荷分布在集電區(qū)兩側(cè) ? Jc=Jcr39。crccrcrcc i bDslcDslcrcc i bJJJJWWNqvJNqvJWW????????])(1[ 2139。 41 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 （ 437） （ 438） （ 439） ])( 2[ 20c i bcTcDslc WWqVNqvJ?+???])(1[])(1[2139。cDTccrcDcDcrcr WqNVJWqNVVJJ ???? +??+?]2[ 2039。 xJJqNxEcrcrD )1()(39。開始有效基區(qū)擴展 ， 故 Jcr39。時 ， 發(fā)生基區(qū)擴展效應 。 37 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 弱場情況 nNN AA +?nNN DD ??38 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 slcslnccqvJnnqvJJ???（ 433） （ 432） （ 434） ( ) ( )( ) ( )0)1(0)(00ExJJqNxEExqvJNqxEcrcDslcD+??+?????? )(0nNqdxdE D ?? ??39 ( ) ( )( ) ( )0)1(0)(00ExJJqNxEExqvJNqxEcrcDslcD+??+?????? 有效基區(qū)擴展效應 強場情況 （ 434） ， 耗盡層近似； Jc增大 ， 斜率下降 ， 斜線變平緩； Jc=Jcr=qNDvsl時 ， E(x)=E(0)， 正負電荷在 n區(qū)兩側(cè)； JcJcr時 ， n區(qū)出現(xiàn)負電荷 ， 曲線斜率為負 ，在 Jc=Jcr39。 35 有效基區(qū)擴展效應 圖 47 緩變基區(qū)晶體管 cb結(jié)空間電荷區(qū)電場分布 圖 45 均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展 P+ n 0 xp xn Xn” Wb Wb’ Wcib E 36 有效基區(qū)擴展效應 由于 電流密度 與載流子 濃度 、 載流子漂移 速度 成正比 ，半導體中載流子 遷移率 （ 漂移速度 ） 又隨 電場強度 而變化 ， 所以 ， 不同電場強度下 ， 同樣的電流密度可有不同的載流子濃度 ， 對空間電荷的補償作用及規(guī)律也不同 。 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 。 當大量載流子 —— 電子穿過集電結(jié)空間電荷區(qū)時 ， 引起另一種類型的有效基區(qū)擴展效應 。 ][ ??+?pNNpNNxxADDAnn當認為 pN A ??則 2139。nn xx ?])1(1[)1(1[])1(1[])1(1[21021039。 ? 當 p=ND時， Jc=Jcr, xm= xm0. 21 32 有效基區(qū)擴展效應 實際上，由： （ 192） 當 時， pNNpNN AADD ??+? 。n0022??+???? xxpNqdxd D??????)()()()(000000cDpnnpxxxslcxDxVVdE d xxExdExdxqvJNqdxdxdExpnmmmmm???????????+???????????????????? 30 21210 )1(])(2[ ?+???crcDcDm JJqNVVx ?? 有效基區(qū)擴展效應 （ 426） 右邊： （ 427） 得到： （ 429） 令： （ 428） xm0 )2()(20mslcDxqvJNq ??+??20)1(2 mDslcDcD xNqvJqNVV +????Dslcr NqvJ ? 31 有效基區(qū)擴展效應 （ 429a） 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 210210 )1()1(?? +??+??Dmcrcmm NpxJJxx? 當 pND時，即小注入情況， xm≈xm0，集電結(jié)空間電荷區(qū)邊界不動。 27 有效基區(qū)擴展效應 圖 45 均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴展 ? 均勻基區(qū)晶體管 （ 合金管 ） ? 單邊突變結(jié)近似 ? 空間電荷區(qū)主要向基區(qū)側(cè)擴展 ? 小電流下 ， 按耗盡層近似 ， 有 ? 大電流下 ， 大量空穴流過空間電荷區(qū) ， 不再滿足耗盡層近似 正電荷區(qū)電荷密度 負電荷區(qū)電荷密度 ? 結(jié)上電壓 VC不變 ， 則電場強度曲線包圍面積不變 ， 于是 ， 正電荷區(qū)收縮 ， 負電荷區(qū)略展寬 pAnD xqNxqN ?( )( )pNqqNpNqqNAADD??+?P+ P+ n 0 xp xn Xn” Wb Wb’ Wcib 28 有效基區(qū)擴展效應 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 x Jc Wb Wcib Jcr 0 xm0 Xm(Jc) P+ n P+ 將電流密度轉(zhuǎn)換成載流子濃度 ， 代入一維泊松方程可得空間電荷區(qū)寬度 xm與集電極電流 （ 密度 ） Jc關系 ，進而得到感應基區(qū)和有效基