《雙極型晶體管》PPT課件

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1、微電子器件與IC設(shè)計第3章雙極型晶體管BipolarJunctionTransistor----BJT第3章雙極型晶體管3.1結(jié)構(gòu)3.2放大原理3.3直流電流增益3.4反向直流特性3.5開關(guān)作用3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布3.1.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)由兩個靠得很近的背靠背的PN結(jié)構(gòu)成NPNcbecbePNP3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布3.1.2BJT的雜質(zhì)分布1.鍺合金管-均勻基區(qū)晶體管特點：三個區(qū)雜質(zhì)均勻分布2結(jié)為突變結(jié)2.硅平面管-緩變基區(qū)晶體管特點：E、B區(qū)雜質(zhì)非均勻分布2結(jié)為緩變結(jié)3.1晶體管的基

2、本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布“背靠背”的2個二極管有放大作用嗎？3.1.3、結(jié)構(gòu)特點（1）基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于基區(qū)少子擴散長度(WB<>NB)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極集電極基極NPN晶體管的幾種組態(tài)共基極共射極共集電極3.2晶體管的放大原理3.2.1、晶體管中載流子的傳輸以共基極為例：1、發(fā)射結(jié)的注入2、基區(qū)的輸運與復(fù)合3、集電極的收集WBIneIncIrIpeICBOIEICIB各區(qū)少子分布能帶圖NPN晶體管的電流轉(zhuǎn)換Ine:發(fā)射結(jié)正向注入電子電流Ipe:發(fā)射結(jié)反向

3、注入空穴電流Irb:基區(qū)復(fù)合電流Inc:集電結(jié)電子電流Icbo:集電結(jié)反向飽和電流3.2.2、發(fā)射效率及基區(qū)輸運系數(shù)1、發(fā)射效率r02、基區(qū)輸運系數(shù)β*3、集電區(qū)倍增因子1.共基極直流電流放大系數(shù)2.共射極直流電流放大系數(shù)3.2.3、晶體管電流放大系數(shù)其中令α*＝1。晶體管放大三要素：①Wb<>NB。③發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。3.3晶體管的直流電流增益任務(wù)：導(dǎo)出α0、β0的定量關(guān)系式3.3.1均勻基區(qū)晶體管的電流增益均勻基區(qū)晶體管直流電流增益推

4、導(dǎo)思路對發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)分別建立連續(xù)性方程；利用波爾茲曼分布關(guān)系建立邊界條件；解擴散方程得到各區(qū)少子分布函數(shù)；利用少子分布函數(shù)求出各區(qū)電流密度分布函數(shù)；由電流密度分布函數(shù)得到j(luò)ne,jnc,jpe；求出發(fā)射效率和輸運系數(shù)；得到共基極和共射極電流放大系數(shù)。以共基極連接為例，采用一維理想模型發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置WBIneIncIrIpeICBOIEICIB發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極集電極基極WeWbWc一、少數(shù)載流子分布（1）基區(qū)“少子”電子密度分布WB0nB(x)3.3晶體管的直流電流增益一

5、、少數(shù)載流子分布（2）發(fā)射區(qū)少數(shù)載流子分布x0pE(x)3.3晶體管的直流電流增益一、少數(shù)載流子分布（3）集電區(qū)少數(shù)載流子分布x0pC(x)3.3晶體管的直流電流增益二、電流密度分布函數(shù)3.3晶體管的直流電流增益3.3晶體管的直流電流增益三、直流電流增益1.發(fā)射效率γ02.基區(qū)輸運系數(shù)β*3.3晶體管的直流電流增益3、共基極電流增益或者其中：ρ為電阻率4、共射極電流增益3.3晶體管的直流電流增益3.3.2緩變基區(qū)晶體管的電流增益一、緩變基區(qū)晶體管基區(qū)自建電場對載流子的影響基區(qū)自建電場多子：維持分布少子：阻滯、加

6、速通常阻滯區(qū)很小，可以忽略不計。3.3晶體管的直流電流增益（1）基區(qū)自建電場計算公式（2）基區(qū)雜質(zhì)分布指數(shù)近似二、發(fā)射區(qū)自建電場3.3晶體管的直流電流增益三、緩變基區(qū)晶體管電流增益推導(dǎo)思路A、先忽略基區(qū)中少子復(fù)合。B、利用：“電流＝少子擴散電流＋在自建電場作用下的漂移電流”關(guān)系，得到基區(qū)和發(fā)射區(qū)少子密度分布函數(shù)η=0123xnB(x)基區(qū)少子分布：(3.3.46)當(dāng)基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)分布時(3.3.47)根據(jù)(3.3.46)，利用類似可得到發(fā)射區(qū)電流：3.3晶體管的直流電流增益C、利用把(3.3.47)代入得到基區(qū)復(fù)

7、合電流D、引入平均雜質(zhì)濃度的概念求出jne和jpe，得到發(fā)射效率E、得到共基極和共射極電流放大系數(shù)3.3晶體管的直流電流增益四、電流增益（1）發(fā)射效率3.3晶體管的直流電流增益（2）輸運系數(shù)其中，λ是與電場因子η有關(guān)的系數(shù)。均勻基區(qū)晶體管：λ=2基區(qū)雜質(zhì)線性分布：λ=4基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)近似：3.3晶體管的直流電流增益（3）共基極電流增益（4）共射極電流增益發(fā)射效率與均勻基區(qū)形式相同3.3晶體管的直流電流增益3.3.3提高放大系數(shù)的途徑1、減小基區(qū)寬度；2、提高發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度與基區(qū)雜質(zhì)濃度比NE/NB↑；3、提高基

8、區(qū)電場因子；4、提高基區(qū)“少子”壽命。3.3.4影響電流放大系數(shù)的因素1.發(fā)射結(jié)勢壘復(fù)合對電流放大系數(shù)的影響考慮勢壘復(fù)合電流Ire后，小電流下的電流放大系數(shù)降低，大電流下Ire可以忽略。2.發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響發(fā)射區(qū)過重的摻雜不僅不能提高發(fā)射效率，反而使發(fā)射效率降低1）形成雜質(zhì)帶尾，禁帶變窄發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低為:發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低，導(dǎo)致發(fā)射效率下降。2）俄歇復(fù)合