【正文】 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。電阻、電容、電感、二極管。 如： 雙極晶體管、金屬 氧化物 半導(dǎo)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(xué)家肖克萊（ W ? 獲得了 1956年若貝爾物理學(xué)獎金 第一支晶體管表面積 2cm2，相當(dāng)于現(xiàn)在十億個晶體管 晶體管的誕生 ? 1947年的圣誕前某一天，貝爾實驗室中，布拉頓平穩(wěn)地用刀片在三角形金箔上劃了一道細(xì)痕，恰到好處地將頂角一分為二，分別接上導(dǎo)線，隨即準(zhǔn)確地壓進(jìn)鍺晶體表面的選定部位。布拉頓在筆記本上這樣寫道：“電壓增益 100，功率增益 40…… 實驗演示日期 1947年 12月 23日下午。 ? 1948年，肖克萊發(fā)明了“結(jié)型晶體管 ”。“一石激起千層浪”，它就像顆重磅炸彈，在全世界電子行業(yè)“引爆”出強(qiáng)烈的沖擊波。 ? N=NSeexp(x2/Le2)Nsbexp(x2/Lb2)+NC ? Le2=4Dete,De 磷擴(kuò)散系數(shù)， te擴(kuò)散時間 ? Lb2=4Dbtb,Db 硼擴(kuò)散系數(shù)， tb擴(kuò)散時間 ? NSe磷表面濃度， NSb硼表面濃度 集成電路中的常規(guī) npn管 雙極型晶體管的工作原理 雙極型晶體管的工作原理 氧化物隔離的 npn管橫截面圖 雙極型晶體管的工作原理 基本工作原理 發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的典型摻雜濃度為 1019， 1017， 1015 cm3 BJT是非對稱器件 基本工作原理 雙極型晶體管的工作原理 希望盡可能多的電子能到達(dá)集電區(qū)而不和基區(qū)中的多子空穴復(fù)合 基本工作原理 偏置在正向有源模式下的 npn的少子分布圖 雙極型晶體管的工作原理 晶體管電流的簡化表達(dá)式 理想情況，由于沒有復(fù)合，少子濃度線性。故基極電流正比于 exp(VBE/Vt) 。 ? IC增大， VR增大， VCB減小， C結(jié)零偏 準(zhǔn)飽和 ， C結(jié)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(kuò)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(kuò)散系數(shù) ? LE,LB,LC 發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的少子擴(kuò)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(shè)： （采用一維理想模型） ? e,b,c三個區(qū)均勻摻雜， e,c結(jié)突變 ? e,c結(jié)為平行平面結(jié)，其面積相同，電流垂直結(jié)平面 ? 外電壓全降在空電區(qū)，勢壘區(qū)外無電場，故無漂移電流 ? e,c區(qū)長度＞＞少子 L，少子濃度為指數(shù)分布（隨 x） ? Xm＜＜少子 L，忽略勢壘復(fù)合及產(chǎn)生 ? 滿足小注入條件 ? 不考慮基區(qū)表面復(fù)合 少子分布 少子分布 1. 基區(qū)電子（少子）濃度分布 解 當(dāng) 時，式 , 0 ,b n b c cW L V V KT q? ? ? ? ?? ? 0 1BEqVkTbbBxn x n ex??? ? ?????? ? ? ?2 002 0() 0b b b bBBd n x n n x nDdx ????? 少子分布 ? ? ? ? ? ? ? ?39。 39。 ?對不同 η (η=0為均勻基區(qū)）做基區(qū)電子歸一化濃度分布曲線如圖 由圖可見：當(dāng) η較大時，隨著 ?基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)分布 其中 為 電場因子 → 少子分布 ()1()()eeed N xkTExq N x d x? ? ? ?( ) ( )()expeee Wp e eJp x N x d xq D N x ?? ? 發(fā)射區(qū)自建電場與基區(qū)處理類似 ? 有 B. 發(fā)射區(qū)空穴分布 對一般平面管，發(fā)射區(qū)有雜質(zhì)梯度 ? ? ? ? ? ????? 00 00eebW eepepekTqVee dxxNNqDJepp 少子分布 C. 集電區(qū)雜質(zhì)是均勻分布的，其中少子分布與均勻基區(qū)晶體管相同。 少子分布 少子分布 ? D. 基區(qū)渡越時間 BBCBB FD nBWIQ239。 22xNnnxN DEieiDE ?)e xp(22 KTEgnn iie ?? 少子分布 低頻共基極電流增益 有用的因素 低頻共基極電流增益 有用的因素 低頻共基極電流增益 有用的因素 定義 低頻共基極電流增益 有用的因素 一、晶體管的三種連接方式及電流放大系數(shù) 低頻共基極電流增益 電流增益的數(shù)學(xué)表達(dá)式 (a) 共基極接法 α＜ 1 并接近 1(一般為 ~) 晶體管中的復(fù)合作用是不可避免的 故： α＜ 1說明共基接法無電流放大作用，但有電壓 (功率 )放大作用 nc ne eI I I??輸入 輸出 電壓 V 功率 P eErIeErI2LCRILCRI2????????????? )0( )()0(*000 nB BnBNEnBEC I WIIIII ??? 低頻共基極電流增益 （ b）共發(fā)射極接法 共發(fā)射極短路電流放大系數(shù) 0000 111 ????????? BCII 0?? 遠(yuǎn)大于 1，一般在 20~200之間 低頻共基極電流增益 （ c）共集電極接法 電流放大系數(shù)間的關(guān)系 以及 000000,11??????????,11?????????? 低頻共基極電流增益 二、均勻基區(qū)晶體管的直流電流增益 ? 發(fā)射效率（注入效率） ? 基區(qū)輸運系數(shù) 1 1 11 11ne ne e b ee ne pe pe neb pe bJJWRJ J J J JLR? ??? ? ? ? ?????? ?? ?22*2110 nbbnerne rnenb bnbnenc LWIIIIIJWJJJ ???????? 低頻共基極電流增益 ? 直流電流增益 ? 忽略二階小量 ? 由 得 2*0 21 121beb nbb peWW LL? ? ? ????? ? ? ? ??????20 222112 12e b be b bb pe nbb pe nbWWWWLLLL?????? ? ? ???000011 1 1????????22012e b bb pe nbWWLL????? 低頻共基極電流增益 三、電流放大系數(shù)與材料結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系 A. 發(fā)射效率 0011()11()beWpe p e bnen b eWJ D N x d xJD N x d x????? ? ??11 ebRR?? 與均勻基區(qū)形式相同 ?證明分母第二項為方塊電阻之比 計算基區(qū) R□ b ，在平行結(jié)平面取薄層 dx，認(rèn)為 dx層內(nèi)的雜質(zhì)均勻分布，其電阻率為 ( ) 1 ( ) 1 ( )b b pb bx x q N x? ? ??? 低頻共基極電流增益 dx層方塊電阻 厚度 Wb的薄層電阻 R□ b 應(yīng)由無數(shù)個 dx薄層電阻并聯(lián) 所以 所以 同理，對發(fā)射區(qū) () 1()()bb p b bxd R xd x q N x d x????0011 ()()bbWWp b bbbq N x d xR d R x ?????01()eene eWRq N x dx? ?? ?01()eene eWR q N x dx??? ? 低頻共基極電流增益 ,b je jcR x x?2 4() x D tb B S B CN x N e N????如何求 R□ b 計算法：由所測得的 將高斯分布 代入 求得 1 ()jcjexp b bxbq N x d xR ?? ?? ????jcxbpbbdxxNqR 039。0?設(shè) 為無寬變效應(yīng)的電流放大系數(shù) 為有寬變效應(yīng)的電流放大系數(shù) 為冶金結(jié)寬度 0?0bW ???????? ??EACEVV139。大電流下電中性 39。 0nxx??C結(jié)勢