《微電子器件與》PPT課件

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1、第三章雙極型晶體管的直流特性內(nèi)容3.1雙極晶體管基礎(chǔ)3.2均勻基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)3.3緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)3.4雙極晶體管的直流電流電壓方程3.5雙極晶體管的反向特性3.6基極電阻3.1雙極晶體管的基礎(chǔ)由兩個(gè)相距很近的pn結(jié)組成：分為：npn和pnp兩種形式基區(qū)寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度發(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1、雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型:npn型和pnp型。e-b間的pn結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)c-b間的pn結(jié)稱為集電結(jié)(Jc)中間

2、部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。兩種極性的雙極型晶體管8/25/2021雙極型晶體管的符號在圖的下方給出，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向。從外表上看兩個(gè)N區(qū),(或兩個(gè)P區(qū))是對稱的，實(shí)際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米。加在各PN結(jié)上的電壓為：PNP管：NPN管：根據(jù)兩個(gè)結(jié)

3、上電壓的正負(fù)，晶體管可有4種工作狀態(tài)：E結(jié)＋＋－－工　作　狀　態(tài)放大狀態(tài)，用于模擬電路飽和狀態(tài)，用于數(shù)字電路截止?fàn)顟B(tài)，用于數(shù)字電路倒向放大狀態(tài)C結(jié)－＋－＋2、偏壓與工作狀態(tài)放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：3、少子分布與能帶圖NPN晶體管在平衡狀態(tài)下的能帶圖：ECEFEVNNP4、NPN晶體管在4種工作狀態(tài)下的能帶圖：NPN晶體管在4種工作狀態(tài)下的能帶圖：放大狀態(tài)：飽和狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：倒向放大狀態(tài)：（1）基區(qū)必須很薄，即WB<

4、晶體管：基區(qū)摻雜為均勻分布。少子在基區(qū)中主要作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，又稱為擴(kuò)散晶體管。緩變基區(qū)晶體管：基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)中主要作漂移運(yùn)動(dòng)，又稱為漂移晶體管。要使晶體管區(qū)別于兩個(gè)二極管的串聯(lián)而具有放大作用，晶體管在結(jié)構(gòu)上必須滿足兩個(gè)基本條件：（2）發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)總量遠(yuǎn)大于基區(qū)，當(dāng)WE與WB接近時(shí)，即要求NE>>NB。晶體管放大電路有兩種基本類型，即共基極接法與共發(fā)射極接法。先討論共基極接法（以PNP管為例）：BECBPNPNENBNCIEIBICVP區(qū)N區(qū)0為了理解晶體管中的電流變化情況，先復(fù)習(xí)一下P

5、N結(jié)中的電流：忽略勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流，處于放大狀態(tài)的晶體管內(nèi)部的各電流成分如下圖所示：從IE到IC，發(fā)生了兩部分虧損：InE與Inr。要減小InE，就應(yīng)使NE>>NB；要減小Inr，就應(yīng)使WB<

6、：對于一般的晶體管，α=0.950～0.995，β=20～200。定義：由發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電流IpE與總的發(fā)射極電流IE之比，稱為注入效率（或發(fā)射效率），記為，即：2、電流放大系數(shù)中間參數(shù)的定義定義：基區(qū)中到達(dá)集電結(jié)的少子電流IpC與從發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電流IpE之比，稱為基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)，記為β*，即：由于空穴在基區(qū)的復(fù)合，使JpC

7、，忽略基區(qū)復(fù)合精確式，考慮基區(qū)復(fù)合再利用近似公式：(x很小時(shí)），得：根據(jù)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的定義，得：靜態(tài)下的空穴電荷控制方程為：2)利用電荷控制法來求β*。另一方面，由薄基區(qū)二極管的近似公式：從上式可解出：，代入Jpr中，得：BEC0WBJpEJpC上式中，即代表了少子在基區(qū)中的復(fù)合引起的電流虧損所占的比例。要減少虧損，應(yīng)使WB↓，LB↑。β＊的典型值：WB=1μm，LB=10μm，β＊=0.9950。3、基區(qū)渡越時(shí)間定義：少子在基區(qū)內(nèi)從發(fā)射結(jié)渡越到集電結(jié)所需要的平均時(shí)間，稱為少子的基區(qū)渡越時(shí)間，記為?？?/p>

8、以設(shè)想，在期間，基區(qū)內(nèi)的少子全部更新一遍，因此：。將：代入，得：。因此又可表為：注意與的區(qū)別如下：的物理意義：時(shí)間，代表少子在單位時(shí)間內(nèi)的復(fù)合幾率，因而就代表少子在基區(qū)停留期間被復(fù)合的幾率，而則代表未復(fù)合掉的比例，也即到達(dá)集電結(jié)的少子電流與注入基區(qū)的少子電流4、表面復(fù)合的影響（自學(xué)）之比。代表少子在基區(qū)停留的平均5、注入效率定義：由發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電流IpE與總的發(fā)射極電流IE之比，稱為注入效率（或發(fā)射效率），記為，即：當(dāng)WB<