1、 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導

2、體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 晶體管（半導體三極管）是由兩個晶體管（半導體三極管）是由兩個P-N結構成結構成的三端器件。由于兩個的三端器件。由于兩個P-N結靠得很近，其結靠得很近，其具有放具有放大電信號的能力大電信號的能力，因此在電子電路中獲得了比半導，因此在電子電路中獲得了比半導體二極管更體二極管更廣泛的應用廣泛的應用。（半導體二極管由一個。（半導體二極管由一個P-N結構成，利用結構成，利用P-N結的單向導電性，二極管在整結的單向導電性，二極管在整流、檢波等方面獲得了廣泛應用。）本章將在流、檢波等方面獲得了廣泛應用。）

3、本章將在P-N結理論的基礎上，討論晶體管的基本結構、放大作結理論的基礎上，討論晶體管的基本結構、放大作用以及其他一些特性，如反向電流、擊穿電壓、基用以及其他一些特性，如反向電流、擊穿電壓、基極電阻等。極電阻等。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理3.1 概述概述 晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為低低頻管頻管和和高頻管高頻管，小功率管小功率管和和大功率管

4、大功率管，高反壓管高反壓管和和開開關管關管等等。等等。 但從基本結構來看，它們都由兩個十分靠近的，但從基本結構來看，它們都由兩個十分靠近的，分別稱為分別稱為發射結發射結和和集電結集電結的的P-N結組成。結組成。 兩個兩個P-N結將晶體管劃分為三個區：結將晶體管劃分為三個區：發射區發射區、基區基區和和集電區集電區。由三個區引出的電極分別稱為。由三個區引出的電極分別稱為發射極發射極、基基極極和和集電極集電極，用符號，用符號E、B、C（e、b、c）表示。）表示。 晶體管的基本形式可分為晶體管的基本形式可分為PNP型型和和NPN型型兩種。兩種。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器

5、件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子

6、信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 合金管是早期發展起來的晶體管。其結構是在合金管是早期發展起來的晶體管。其結構是在N型型

7、鍺片上，一邊放受主雜質銦鎵球，另一邊放銦球，加熱鍺片上，一邊放受主雜質銦鎵球，另一邊放銦球，加熱形成液態合金后，再慢慢冷卻。冷卻時，鍺在銦中的溶形成液態合金后，再慢慢冷卻。冷卻時，鍺在銦中的溶解度降低，析出的鍺將在晶片上再結晶。再結晶區中含解度降低，析出的鍺將在晶片上再結晶。再結晶區中含大量的銦鎵而形成大量的銦鎵而形成P型半導體，從而形成型半導體，從而形成PNP結構，如結構，如圖所示。圖中圖所示。圖中Wb為基區寬度，為基區寬度，Xje和和Xjc分別為發射結和分別為發射結和集電結的結深。集電結的結深。 合金結的雜質分布特點是：合金結的雜質分布特點是：三個區的雜質分布近似三個區的雜質分布近似為均勻

8、分布，基區的雜質濃度最低，且兩個為均勻分布，基區的雜質濃度最低，且兩個P-N結都是結都是突變結。突變結。 合金結的主要缺點是合金結的主要缺點是基區較寬基區較寬，一般只能做到，一般只能做到10微微米左右。因此米左右。因此頻率特性較差頻率特性較差，只能用于，只能用于低頻區低頻區。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信

9、息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 在高濃度的在高濃度的N+襯襯底底上，生長一層上，生長一層N型的型的外延外延層，再在外延層上層，再在外延層上用用硼擴散制作硼擴散制作P區區，后，后在在P區上用區上用磷擴散形成磷擴散形成一個一個N+區區。 其結構是一個其結構

10、是一個NPN型的型的三層式結構三層式結構，上面，上面的的N+區是發射區，中間區是發射區，中間的的P區是基區，底下的區是基區，底下的N區是集電區。區是集電區。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 平面晶體管的發平面晶體管的發射區和基區是用雜質射區和基區是用雜質擴散擴散的方法制造得到的方法制造得到的，所以在平面管的的，所以在平面管的三層結構即三個區域三層結構即三個區域的雜質分布是的雜質分布是不均勻不均勻

11、的。的。 其雜質分布可根其雜質分布可根據擴散工藝推算出來，據擴散工藝推算出來，如圖所示。如圖所示。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 晶體管的基區雜質分布有兩種形式：晶體管的基區雜質分布有兩種形式：均勻分布（如合金管），稱為均勻分布（如合金管），稱為均勻基區晶體管均勻基區晶體管。均。均勻基區晶體管中，載流子在基區內的傳輸主要靠擴散勻基區晶體管中，載流子在基區內的傳輸主要靠擴散進行，故又稱為進行，故

12、又稱為擴散型晶體管擴散型晶體管?；鶇^雜質是緩變的（如平面管），稱為基區雜質是緩變的（如平面管），稱為緩變基區晶緩變基區晶體管體管。這類晶體管的基區存在自建電場，載流子在基。這類晶體管的基區存在自建電場，載流子在基區內除了擴散運動外，還存在漂移運動，而且往往以區內除了擴散運動外，還存在漂移運動，而且往往以漂移運動為主。所以又稱為漂移運動為主。所以又稱為漂移型晶體管漂移型晶體管。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半

13、導體器件物理晶體管中載流子濃度分布及傳輸晶體管中載流子濃度分布及傳輸 設發射區、基區和集電區的雜質皆為均勻分布，設發射區、基區和集電區的雜質皆為均勻分布，分別用分別用NE、NB、NC表示，且表示，且NE遠大于遠大于 NB大于大于NC。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理VDE 發射結的接觸電勢差發射結的接觸電勢差VDC 集電結的接觸電勢差集電結的接觸電勢差由于平衡時費米能級處處相等，因而基區相對由于

14、平衡時費米能級處處相等，因而基區相對于發射區和集電區分別上移于發射區和集電區分別上移qVDE和和qVDC。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院

15、上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理當晶體管作為放大運用時當晶體管作為放大運用時發射結加正向偏壓發射結加正向偏壓VE集電結加反向偏壓集電結加反向偏壓VC 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理發射結勢壘由原來的發射結勢壘由原來的qVD

16、E下降下降為為q(VDE-VE)集電結勢壘由集電結勢壘由qVDC升高升高到到q(VDC+VC) 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理NPN晶體管作為放大應用時，少數載流子濃度分布示意圖晶體管作為放大應用時，少數載流子濃度分布示意圖 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業

17、技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 發射結正偏發射結正偏，發射區將向基區注入非平衡少子。，發射區將向基區注入非平衡少子。注入的少子在基區邊界積累，并向基區體內擴散。邊注入的少子在基區邊界積累，并向基區體內擴散。邊擴散，便復合，最后形成一穩定分布，記作擴散，便復合，最后形成一穩定分布，記作nB(x)。同。同樣，基區也向發射區注入空穴，并形成一定的分布，樣，基區也向發射區注入空穴，并形成一定的分布，記作記作pE(x)。 集電結反偏集電結反偏，集電結勢壘區對載流子起抽取作用。，集電結勢壘區對載流子起抽取作用。當反向偏壓足夠高時，在基區一邊，凡是能夠擴散到當反向偏壓足夠高時，

18、在基區一邊，凡是能夠擴散到集電結勢壘區集電結勢壘區XmC的電子，都被勢壘區電場拉向集電的電子，都被勢壘區電場拉向集電區。因此，勢壘區邊界區。因此，勢壘區邊界X3處少子濃度下降為零；同樣，處少子濃度下降為零；同樣，在集電區一邊，凡是能夠擴散到在集電區一邊，凡是能夠擴散到XmC的空穴，也被電的空穴，也被電場拉向基區，在場拉向基區，在X4處少子濃度也下降為零，其少子濃處少子濃度也下降為零，其少子濃度分布為度分布為pC(x)。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術

19、學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理晶體管中的載流子傳輸示意圖晶體管中的載流子傳輸示意圖 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 因發射結正偏，大量電子從發射區注入到基區，因發射結正偏，大量電子從發射區注入到基區，形成電子電流形成電子電流InE。如基區很薄，大部分電子都能通。如基區很薄，大部分電子都能通過擴散到達集電結邊界，并被集電極收集，形成集過擴散到達集電結邊界，并被集電極收集，

20、形成集電極電子電流電極電子電流InC。由于通過基區的電子是非平衡載。由于通過基區的電子是非平衡載流子，因此在基區中，電子將一邊擴散，一邊和基流子，因此在基區中，電子將一邊擴散，一邊和基區中的空穴復合，形成體復合電流區中的空穴復合，形成體復合電流IVR。顯然，體復。顯然，體復合電流是垂直于電子電流流動方向的多數載流子電合電流是垂直于電子電流流動方向的多數載流子電流。同時，基區也向發射區注入空穴，形成發射結流。同時，基區也向發射區注入空穴，形成發射結的反注入空穴電流的反注入空穴電流IpE。這股空穴電流在發射區內邊。這股空穴電流在發射區內邊擴散邊復合，經過擴散長度擴散邊復合，經過擴散長度LpE后基本

21、復合消失，轉后基本復合消失，轉換成電子電流。另外，在集電結處還有一股反向飽換成電子電流。另外，在集電結處還有一股反向飽和電流和電流ICB0。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 綜上所述可知，通過發射結有兩股電流，綜上所述可知，通過發射結有兩股電流，即即InE和和IPe，所以，所以， 發射極電流發射極電流 IE=InE+IpE 通過集電結也有兩股電流通過集電結也有兩股電流InC和和ICB0， 集電結

22、電流集電結電流 IC=InC+ICB0 通過基極有三股電流，即通過基極有三股電流，即IpE、IVR和和ICB0，因而因而 基極電流基極電流 IB=IpE+IVR-ICB0 根據電流的連續性，應有根據電流的連續性，應有 IE=IB+IC 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 對于對于NPN晶體管，電子電流是主要成分晶體管，電子電流是主要成分。 電子從發射極出發，通過發射區到達發射電子從發射極出發，通過發

23、射區到達發射結，由結，由發射結發射發射結發射到基區，再由基區運到集電到基區，再由基區運到集電結邊界，然后由結邊界，然后由集電結收集集電結收集，流過集電區到達，流過集電區到達集電極，成為集電極電流。集電極，成為集電極電流。 電子電流在傳輸過程中有電子電流在傳輸過程中有兩次損失兩次損失： 在發射區，與從基區注入過來的空穴復在發射區，與從基區注入過來的空穴復合損失；合損失； 在基區體內的復合損失。因此，在基區體內的復合損失。因此， InCInEIE晶體管內部載流子的傳輸過程晶體管內部載流子的傳輸過程 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學

24、院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理直流電流放大系數直流電流放大系數共基極直流電流放大系數共基極直流電流放大系數 集電極輸出電流與發射極輸入電流之比集電極輸出電流與發射極輸入電流之比 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子

25、信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理基區輸運系數基區輸運系數 *晶體管的發射效率晶體管的發射效率注入基區的電子電流注入基區的電子電流與發射極電流的比值與發射極電流的比值到達集電結的電子電流到達集電結的電子電流與進入基區的電子電流之比與進入基區的電子電流之比

26、如電子在基區輸運過如電子在基區輸運過程中復合損失很少，程中復合損失很少，則則InCInE，*1。nEVRnEVRnEnEnC*II1IIIII 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 減小基區體內復合電流減小基區體內復合電流IVR是提高是提高*的有效途徑，的有效途徑，而減小而減小IVR的主要措施是減薄基區寬度的主要措施是減薄基區寬度WB，使基區寬度，使基區寬度遠小于少子在基區的擴散長度遠小于少子在基區的

27、擴散長度LnB，即，即WB遠小于遠小于LnB。 所以，所以，在晶體管生產中，必須嚴格控制基區寬度在晶體管生產中，必須嚴格控制基區寬度，從而得到合適的電流放大系數。若基區太寬，甚至比基從而得到合適的電流放大系數。若基區太寬，甚至比基區少子擴散長度大得多，則晶體管相當于兩個背靠背的區少子擴散長度大得多，則晶體管相當于兩個背靠背的二極管。發射結相當于一只正向偏壓二極管，集電結相二極管。發射結相當于一只正向偏壓二極管，集電結相當于一只反向偏壓二極管，互不相干。這樣，晶體管就當于一只反向偏壓二極管，互不相干。這樣，晶體管就失去放大電流、電壓的能力。失去放大電流、電壓的能力。nEVRnEVRnEnEnC*

28、II1IIIII 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理練習練習 簡述晶體管的結構、基本形式和基區雜簡述晶體管的結構、基本形式和基區雜質分布的形式。質分布的形式。 提高發射效率和基區輸運系數的方法是提高發射效率和基區輸運系數的方法是什么？什么？ 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海

29、電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理共發射極直流電流放大系數共發射極直流電流放大系數因為因為IE=IB+IC 當當=20時，由上式可以算得時，由上式可以算得=0.95；=200時，時，=0.995。所以，一般晶體。所以，一般晶體管的管的很接近于很接近于1。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理晶體管的放大作用晶體管的放大作用 晶體管在晶體管在共射極共射極運用時，運用

30、時，IC=IB。由于。由于遠大于遠大于1，輸入端電流，輸入端電流IB的微小變化，將引起的微小變化，將引起輸出端電流輸出端電流IC較大的變化，因此具有較大的變化，因此具有放大電流放大電流的能力。的能力。 在在共基極共基極運用時，運用時，IC=IE。由于。由于接近于接近于1，當輸入端電流當輸入端電流IE變化變化IE時，引起輸出端電流時，引起輸出端電流IC的變化量的變化量IC小于等于小于等于IE。所以起不到電。所以起不到電流放大作用。但是可以進行流放大作用。但是可以進行電壓和功率的放大電壓和功率的放大。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技

31、術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理晶體管具有放大能力，必須具有下面條件晶體管具有放大能力，必須具有下面條件 （1）發射區雜質濃度比基區雜質濃度高得多，）發射區雜質濃度比基區雜質濃度高得多， 即即NE遠大于遠大于NB，以保證發射效率，以保證發射效率1；（2）基區寬度）基區寬度WB遠小于遠小于LnB， 保證基區輸運系數保證基區輸運系數*1；（3）發射結必須正偏，使）發射結必須正偏，使re很??；很??； 集電結反偏，使集電結反偏，使rc很大，很大，rc遠大于遠大于re。 上海電子信息職業技術學院上海電

32、子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線 晶體管的特性曲線形象地表示出晶體管晶體管的特性曲線形象地表示出晶體管各電極電流與電壓間的關系，反映晶體管內各電極電流與電壓間的關系，反映晶體管內部所發生的物理過程，以及晶體管各直流參部所發生的物理過程，以及晶體管各直流參數的優劣。數的優劣。 所以，在生產過程中常用特性曲線來判所以，在生產過程中常用特性曲線來判斷晶體管的質量好壞。斷晶體管的質量好壞。 晶體管的接法

33、不同，其特性曲線也各不晶體管的接法不同，其特性曲線也各不相同。相同。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理共基極輸入特性曲線共基極輸入特性曲線 輸出電壓輸出電壓VCB一一定時，輸入電流與定時，輸入電流與輸入電壓的關系曲輸入電壓的關系曲線，即線，即IEVBE關系關系曲線曲線 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導

34、體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 由于發射結正向偏置，所以，由于發射結正向偏置，所以，IEVBE輸入特性輸入特性實際上就是實際上就是正向正向P-N結的特性結的特性，因而，因而IE隨隨VBE指數增大。指數增大。 但它與單獨但它與單獨P-N結間存在結間存在差別差別，這是由于集電結，這是由于集電結反向

35、偏置反向偏置VCB影響的結果。若影響的結果。若VCB增大，則集電結的增大，則集電結的勢壘變寬，勢壘區向基區擴展，這樣就使有效基區寬勢壘變寬，勢壘區向基區擴展，這樣就使有效基區寬度隨度隨VCB增加而減?。ㄟ@種現象稱為基區寬變效應）。增加而減小（這種現象稱為基區寬變效應）。由于由于WB減小，使少子在基區的濃度梯度增加，從而減小，使少子在基區的濃度梯度增加，從而引起發射區向基區注入的電子電流引起發射區向基區注入的電子電流InE增加，因而發增加，因而發射極電流射極電流IE就增大。就增大。 所以，所以，輸入特性曲線隨輸入特性曲線隨VCB增大而左移增大而左移。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術

36、學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理共射極輸入特性曲線共射極輸入特性曲線 在輸出電壓在輸出電壓VCE一定時，輸一定時，輸入端電流入端電流IB與輸與輸入端電壓入端電壓VBE的的關系曲線，即關系曲線，即IBVBE曲線。曲線。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器

37、件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 綜上所述可知，通過發射結有兩股電流，綜上所述可知，通過發射結有兩股電流，即即InE和和IPe，所以，所以， 發射極電流發射極

38、電流 IE=InE+IpE 通過集電結也有兩股電流通過集電結也有兩股電流InC和和ICB0， 集電結電流集電結電流 IC=InC+ICB0 通過基極有三股電流，即通過基極有三股電流，即IpE、IVR和和ICB0，因而因而 基極電流基極電流 IB=IpE+IVR-ICB0 根據電流的連續性，應有根據電流的連續性，應有 IE=IB+IC 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 由于發射結正偏，如將輸出端短路

39、，由于發射結正偏，如將輸出端短路，VCE=0時，就相當于將發射結與集電結兩個正向時，就相當于將發射結與集電結兩個正向P-N結結并聯。并聯。 所以，輸入特性曲線與正向所以，輸入特性曲線與正向P-N結伏安特性結伏安特性相似。相似。 當集電結處于反偏時，由于基區寬度減小，當集電結處于反偏時，由于基區寬度減小，基區內載流子的復合損失減少，基區內載流子的復合損失減少，IB也就減少。所也就減少。所以，以，特性曲線隨特性曲線隨VCE的增加而右移的增加而右移。 而且，當而且，當VBE=0時，時，IpE和和IVR都等于零，故都等于零，故IB=-ICBO。因而。因而在在VBE=0處，特性曲線下移至處，特性曲線下移

40、至ICBO。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理共基極輸出特性曲線共基極輸出特性曲線輸出端電流隨輸出端電流隨輸出電壓變化輸出電壓變化的關系曲線，的關系曲線，即即ICVCB關系關系曲線。曲線。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體

41、器件物理半導體器件物理 當當IE =0，即發射結不發射載流子時，輸出電流，即發射結不發射載流子時，輸出電流IC=ICBO，這時的輸出特性就是集電結的反向特性，這時的輸出特性就是集電結的反向特性，即圖中最靠近水平坐標而且基本上平行于坐標軸的即圖中最靠近水平坐標而且基本上平行于坐標軸的曲線。曲線。 當當IE0時，隨著時，隨著IE的增加，的增加，IC按按IE的規律增大。的規律增大。若若IE取不同的數值，就得到一組基本上互相平行的取不同的數值，就得到一組基本上互相平行的ICVCB關系曲線，這就是共基極輸出特性曲線。關系曲線，這就是共基極輸出特性曲線。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半

42、導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理共射極輸出特性曲線共射極輸出特性曲線ICVCE關系曲線關系曲線 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 當當IB=0（基極開路）時，（基極開路）時，IC=ICEO。這是因為共射。這是因為共射極電路的輸出電壓為極電路的輸出電壓

43、為VCE，這個電壓雖然主要降落在，這個電壓雖然主要降落在集電結上，使集電結反偏，但也有一小部分電壓降落集電結上，使集電結反偏，但也有一小部分電壓降落在發射結上，使發射結正偏。因此共射極電路中，當在發射結上，使發射結正偏。因此共射極電路中，當IB=0時，時，IE并不為零，這部分發射極電流輸運到集電并不為零，這部分發射極電流輸運到集電極上，使輸出電流極上，使輸出電流ICE0比比ICB0大，這就是圖中下面的第大，這就是圖中下面的第一條曲線。一條曲線。 當當IB0時，隨著時，隨著IB的增加，的增加，IC就按就按IB的規律增加。的規律增加。IB取不同的數值，取不同的數值，IBVCE關系就得到一組曲線。關

44、系就得到一組曲線。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理3. 平面晶體管的電流放大系數及影響電流放大系數的因素平面晶體管的電流放大系數及影響電流放大系數的因素平面晶體管的自建電場平面晶體管的自建電場 dxxdNxN1qTkEbb0 基區中某一處基區中某一處的自建電場的大小的自建電場的大小與該處的雜質濃度與該處的雜質濃度梯度成正比，與該梯度成正比，與該處的雜質濃度成反處的雜質濃度成反比。比。 上海電子信

45、息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理平面晶體管的電流密度平面晶體管的電流密度平面晶體管的發射效率平面晶體管的發射效率jebbebexW11RR11 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 R 發射區方塊電阻；發射區方塊電

46、阻； R基區方塊電阻基區方塊電阻方塊電阻：正方形片狀材料的一邊到對邊所測得方塊電阻：正方形片狀材料的一邊到對邊所測得的歐姆電阻，可由四探針直接測得。的歐姆電阻，可由四探針直接測得。 bbbbbWWxRjeejeeneexxNq1R 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理平面晶體管的基區輸運系數平面晶體管的基區輸運系數2nb2bnbnb2b*4LW1D4W1 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學

47、院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理平面晶體管的電流放大系數平面晶體管的電流放大系數2nb2bjebbe*4LW1xW111 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理影響電流放大系數的因素影響電流放大系數的因素（1）發射結勢壘復合對電流放大系數的影響）發射結

48、勢壘復合對電流放大系數的影響 當考慮發射結勢壘復合電流當考慮發射結勢壘復合電流Irg以后，發射極電以后，發射極電 流就由三部分組成，流就由三部分組成，Ie=Ine+Ipe+Irg。顯然，。顯然，Irg的存在的存在會導致發射效率的降低，注入較小時此現象尤為顯著。會導致發射效率的降低，注入較小時此現象尤為顯著?？梢酝ㄟ^可以通過適當減小基區雜質濃度和基區寬度適當減小基區雜質濃度和基區寬度的方法來的方法來減小減小Irg的影響。的影響。（2）基區表面復合對電流放大系數的影響）基區表面復合對電流放大系數的影響 當考慮當考慮基區表面復合基區表面復合電流電流Isb時，時，會導致基區輸會導致基區輸運系數的降低運

49、系數的降低。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理練習練習P73 2，3 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技

50、術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理3.3 晶體管的反向電流晶體管的反向電流 晶體管的反向電流是晶體管的重要參數晶體管的反向電流是晶體管的重要參數之一，它包括之一，它包括ICB0，IEB0和和ICE0 。 反向電流過大的反向電流過大的危害危害：降低成品率降低成品率 （反向電流不受輸入電（反向電流不受輸入電流控制，對放大作用無貢獻，而且消耗流控制，對放大作用無貢獻，而且消耗電源功率使晶體管發熱，影響晶體管工電源功率使晶體管發熱，影響晶體管工作的穩定性，甚至燒毀作的穩定性，甚至燒毀 ）所以，希望所以

51、，希望反向電流越小越好反向電流越小越好 。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 ICB0當當發射極開路（發射極開路（IE=0）時，時，集電極集電極-基極的反向電流基極的反向電流 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體

52、器件物理反向電流反向電流少子電流少子電流多子電流多子電流 集電結加反偏集電結加反偏勢壘區兩邊的少子密度勢壘區兩邊的少子密度平衡時的少子密度平衡時的少子密度基區中的少子基區中的少子（電子）及集電區中的少子（空穴）都（電子）及集電區中的少子（空穴）都向結區擴散向結區擴散少子電流少子電流體內復合中心和界面態復合中心體內復合中心和界面態復合中心多子多子電流電流 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理鍺鍺晶體管的

53、反向電流：反向擴散電流晶體管的反向電流：反向擴散電流（少子電流）（少子電流）硅硅晶體管的反向電流：勢壘區的產生電流（因為勢壘區晶體管的反向電流：勢壘區的產生電流（因為勢壘區的產生電流是由勢壘區中的復合中心提供的）的產生電流是由勢壘區中的復合中心提供的）多子電流多子電流mCiCB0 x2nAqIXmC：集電結勢壘區寬度：集電結勢壘區寬度 ：晶體管的：晶體管的發射效率發射效率 pc0ncpcb0pbnbCB0LpqD1WnqDAI 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息

54、職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 IEB0 集電極開路（集電極開路（IC=0）時，時，發射極發射極-基極的反向電流基極的反向電流 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理鍺鍺晶體管晶體管 硅硅晶體管的晶體管的IEB0完全與完全與ICB0類似類似 pe0nepeIb0pbnbEB0LpqD1WnqDAImEiEB0 x2nAqII ：晶體管反向工作時的發射效率：晶體管反向工作

55、時的發射效率XmE:發射結勢壘區寬度發射結勢壘區寬度 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理注意注意 晶體管的反向擴散電流和勢壘區的產晶體管的反向擴散電流和勢壘區的產生電流是很小的。生電流是很小的。 引起反向電流過大的原因往往是引起反向電流過大的原因往往是表面表面漏電流漏電流太大。太大。 因此，在生產過程中，搞好因此，在生產過程中，搞好表面清潔表面清潔處理處理及及工藝規范工藝規范是減小反向電流的關鍵。是

56、減小反向電流的關鍵。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理ICE0基極開路（基極開路（IB=0）時，時，集電極集電極-發射極之間反向電流發射極之間反向電流 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 ：共射極電流放

57、大系數：共射極電流放大系數 說明說明 要減小要減小ICE0，必須減小，必須減小ICB0。 電流放大系數電流放大系數不要追求過高不要追求過高 （因為（因為ICE0太大，會影響晶體管工作的穩太大，會影響晶體管工作的穩定性）定性） CB0CB0CEOI )1 (1II 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理3.4 晶體管的擊穿電壓晶體管的擊穿電壓 晶體管的擊穿電壓是晶體管的晶體管的擊穿電壓是晶體管的 另一個重

58、要參數另一個重要參數 晶體管承受電壓的上限晶體管承受電壓的上限 擊穿電壓有擊穿電壓有 BVEB0 BVCB0 BVCE0 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 BVEB0和和BVCB0 BVEB0：集電極開路時，發射極與基極間的：集電極開路時，發射極與基極間的擊穿電壓，由發射結的雪崩擊穿電壓決定。擊穿電壓，由發射結的雪崩擊穿電壓決定。 對于平面管，由于發射結由兩次擴散形對于平面管，由于發射結由兩次擴散

59、形成，在表面處結兩邊雜質濃度最高，因而雪成，在表面處結兩邊雜質濃度最高，因而雪崩擊穿電壓在結側面最低，崩擊穿電壓在結側面最低，BVEB0由基區擴由基區擴散層表面雜質濃度散層表面雜質濃度NBs決定，所以決定，所以BVEB0只有只有幾伏。幾伏。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 硬擊穿硬擊穿（圖中曲線（圖中曲線甲甲）：）： BVCB0：集電結的雪崩擊：集電結的雪崩擊穿電壓穿電壓VB 軟擊穿軟擊穿（圖中

60、曲線（圖中曲線乙乙）：）： BVCB0比比VB低低 BVCB0 ：發射極開路時，集電極與基極間的：發射極開路時，集電極與基極間的擊穿電壓，一般為集電結的雪崩擊穿電壓。擊穿電壓，一般為集電結的雪崩擊穿電壓。 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理 上海電子信息職業技術學院上海電子信息職業技術學院半導體器件物理半導體器件物理BVCE0BVCE0 基極開路時，集電極與發射極基極開路時，集電極與發射極 之間的擊穿電壓。之間的擊穿電壓。 BVCE0與與BVCB0之間滿足以下關系之間滿足以下