缓变基区晶体管的电流放大系数ppt课件.ppt

缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为区主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管漂移晶体管 3.3 缓变缓变基区晶体管的基区晶体管的电电流放大系数流放大系数 本节以本节以 NPN 管为例，结电压为管为例，结电压为 VBE 与与 VBC PN+N0xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0xjcxje 本节求基区输运系数本节求基区输运系数 的思绪的思绪 进进而求出基区渡越而求出基区渡越时间时间 将将 E 代入少子代入少子电电流密度方程，求出流密度方程，求出 JnE 、、nB (x) 与与 QB 令基区多子令基区多子电电流密度流密度为为零，解出基区内建零，解出基区内建电场电场 E 最后求出最后求出 基区基区杂质杂质分布的不均匀会在基区中分布的不均匀会在基区中产产生一个内建生一个内建电场电场 E ，，使少子在基区内以漂移运使少子在基区内以漂移运动为动为主，所以主，所以缓变缓变基区晶体管又称基区晶体管又称为为漂移晶体管。

漂移晶体管 3.3.1 基区内建电场的构成基区内建电场的构成NB(x)NB(WB)NB(0)WB0x 在在实实践的践的缓变缓变基区晶体管中，基区晶体管中， 的的值为值为 4 ~ 8 设基区杂质浓度分布为设基区杂质浓度分布为式中式中 是表征基区内是表征基区内杂量量变化程度的一个参数，化程度的一个参数， 当当 时为时为均匀基区；均匀基区； 由于由于 ，， ，所以内建，所以内建电场对电场对渡越基区的渡越基区的电电子起子起加速作用，是加速作用，是 加速加速场场 令基区多子电流为零，令基区多子电流为零，解得解得 内建内建电场 为 小注入小注入时时，基区中，基区中总总的多子的多子浓浓度即度即为为平衡多子平衡多子浓浓度，度， 将基区内建将基区内建电场电场 E 代入代入电电子子电电流密度方程，可得注入基区流密度方程，可得注入基区的少子构成的的少子构成的电电流密度流密度〔 〔其参考方向其参考方向为为从右向左从右向左〕 〕为为 3.3.2 基区少子电流密度与基区少子浓度分布基区少子电流密度与基区少子浓度分布 上式上式实实践上也可用于均匀基区晶体管。

践上也可用于均匀基区晶体管对对于均匀基区晶体于均匀基区晶体管，管，NB 为为常数，常数，这时这时 下面求基区少子分布下面求基区少子分布 nB (x) 在前面的在前面的积积分中将下限由分中将下限由 0 改改为为基区中恣意位置基区中恣意位置 x ，得，得由上式可解出由上式可解出 nB (x) 为  对对于均匀基区，于均匀基区， 对对于于缓变缓变基区晶体管，当基区晶体管，当 较较大大时时，上式可，上式可简简化化为为3.3.3 3.3.3 基区渡越基区渡越基区渡越基区渡越时间时间时间时间与与与与输输输输运系数运系数运系数运系数注：将注：将 Dn 写写为 DB ，上式可同，上式可同时适用于适用于 PNP 管和管和 NPN 管 对对于均匀基区晶体管，于均匀基区晶体管， 可可见见，内建，内建电场电场的存在使少子的基区渡越的存在使少子的基区渡越时间时间大大为为减小 利用上面得到的基区渡越时间利用上面得到的基区渡越时间 b ，可得缓变基区晶体管，可得缓变基区晶体管的基区输运系数的基区输运系数 为为 3.3.4 注入效率与电流放大系数注入效率与电流放大系数 根据非均匀根据非均匀资资料方料方块电块电阻表达式，阻表达式，缓变缓变基区的方基区的方块电块电阻阻为为于是于是 JnE 可表示可表示为 知知〔〔3-43a〕〕 类类似地，可得从基区注入似地，可得从基区注入发发射区的空穴构成的射区的空穴构成的电电流密度流密度为为式中，式中，〔〔3-43a〕〕〔〔3-43b〕〕 于是可得缓变基区晶体管的注入效率于是可得缓变基区晶体管的注入效率 以及以及缓变缓变基区晶体管的基区晶体管的电电流放大系数流放大系数 3.3.5 小电流时电流放大系数的下降小电流时电流放大系数的下降 实测阐实测阐明，明，α 与与发发射极射极电电流流 IE 有如下所示的关系有如下所示的关系 小小电电流流时时 α下降的下降的缘缘由：当由：当发发射射结结正向正向电电流很小流很小时时，，发发射射结结势垒势垒区复合区复合电电流密度流密度 JrE 的比例将增大，使注入效率下降。

的比例将增大，使注入效率下降 当当电电流很小流很小时时，相，相应应的的 VBE 也很小，也很小，这时这时 很大，使很大，使 γ 减小，从而使减小，从而使 α 减小式中，式中， 当当 JrE 不能被忽略时，注入效率为不能被忽略时，注入效率为 随着电流增大，随着电流增大， 减小，当减小，当 但仍不能被忽略时，但仍不能被忽略时， 当当电电流流继续继续增大到增大到 可以被忽略可以被忽略时时，那么，那么 当当电电流很大流很大时时，，α 又会开又会开场场下降，下降，这这是由于大注入效是由于大注入效应应和基和基区区扩扩展效展效应应引起的 3.3.6 发射区重掺杂的影响发射区重掺杂的影响 重重掺杂掺杂效效应应：当：当发发射区射区掺杂浓掺杂浓度度 NE 太高太高时时，不但不能提，不但不能提高注入效率高注入效率 γ ，反而会使其下降，从而使，反而会使其下降，从而使 α 和和 β 下降 缘缘由：由：发发射区禁射区禁带宽带宽度度变变窄窄 与与 发发射区俄歇复合加射区俄歇复合加强强 。

1、、发发射区重射区重掺杂掺杂效效应应 对对于室温下的硅于室温下的硅 ，， (1) 禁带变窄禁带变窄 发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度 ni 发生变化，发生变化，NE 增大而下降，从而增大而下降，从而导导致致 α 与与 β 的下降增大而先增大但当增大而先增大但当 NE 超越超越 ( 1 ~ 5 ) ×1019 cm-3 后，后，γ 反而随反而随 随着随着 NE 的增大，的增大， 减小，减小， 增大，增大，γ 随随 NE (2) 俄歇复合加强俄歇复合加强 2、基区陷落效应、基区陷落效应 当当发发射射区区的的磷磷掺掺杂杂浓浓度度很很高高时时，，会会使使发发射射区区下下方方的的集集电电结结结结面向下扩展，这个景象称为面向下扩展，这个景象称为 基区陷落效应基区陷落效应 由于基区陷落效由于基区陷落效应应，使得，使得结结深不易控制，深不易控制，难难以将基区以将基区宽宽度度做得很薄。

做得很薄 为为了防止基区陷落效了防止基区陷落效应应，目前微波晶体管的，目前微波晶体管的发发射区多采用射区多采用砷分散来替代磷分散砷分散来替代磷分散  3.3.7 异异质结质结双极晶体管双极晶体管〔 〔HBT〕 〕 式中，式中， ，当，当 时，， ，那么，那么 假假设选择设选择不同的不同的资资料来制造料来制造发发射区与基区，使两区具有不射区与基区，使两区具有不同的禁同的禁带宽带宽度，那么度，那么 常见的常见的 HBT HBT 构造是用构造是用 GaAs GaAs 做基区，做基区，AlxGa1-xAs AlxGa1-xAs 做发射区做发射区另一种另一种 HBT HBT 构造是用构造是用 SiGe SiGe 做基区，做基区，Si Si 做发射区做发射区 HBT HBT 能提高注入效率，使能提高注入效率，使 β β 得到几个数量得到几个数量级级的提高。

或的提高或在不降低注入效率的情况下，大幅度提高基区在不降低注入效率的情况下，大幅度提高基区掺杂浓掺杂浓度，从而度，从而降低基极降低基极电电阻，并阻，并为进为进一步减薄基区一步减薄基区宽宽度提供条件度提供条件 在在 SiGe HBT 中，可中，可经过经过使基区中半使基区中半导导体体资资料料组组分的不均分的不均匀分布，得到匀分布，得到缓变缓变的基区禁的基区禁带宽带宽度与缓变缓变的基区的基区掺杂浓掺杂浓度度类类似，似，缓变缓变的基区禁的基区禁带宽带宽度也将在基区中度也将在基区中产产生一个生一个对对少子起加速少子起加速作用的内建作用的内建电场电场，降低少子的基区渡越，降低少子的基区渡越时间时间。