雙極晶體管a學(xué)習(xí)第1頁/共128頁****

現(xiàn)代主流電子器件有兩大類：BJT和FET。這些器件廣泛的應(yīng)用于通信、計算機(jī)及自動化等各個領(lǐng)域。BJT于1948年發(fā)明于美國Bell實驗室，通常有NPN、PNP兩種基本結(jié)構(gòu)，在電路中主要用作放大、開關(guān)等。

本章主要介紹BJT的結(jié)構(gòu)、工作原理，重點介紹其載流子的運動規(guī)律和直流特性分析方法：通過對器件工作時載流子的運動規(guī)律的分析，把器件的電學(xué)特性和器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料、工藝參數(shù)聯(lián)系起來，為我們設(shè)計、使用晶體管提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。第2頁/共128頁1、晶體管的分類、基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布2、雙極晶體管的放大原理4、雙極晶體管的電流增益5、反向直流參數(shù)及基極電阻3、雙極晶體管的直流伏安特性6、特性曲線和晶體管E-M模型7、溫度特性和三極管的應(yīng)用舉例（見1a3、1a4）典型的三極管偏置電路分析back三極管放大電路穩(wěn)定工作點的方法第3頁/共128頁1.晶體管的分類、基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布1）分類及符號

按用途：低/高頻管、小/大功率管、低噪聲管、高反壓管、開關(guān)管……如下頁圖所示

按工藝及管芯結(jié)構(gòu)：合金管、擴(kuò)散管、離子注入管，臺面管、平面管……

按各區(qū)摻雜情況：NPN、PNP***

符號：NPN、PNP（畫于黑板）*第4頁/共128頁(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管第5頁/共128頁

半導(dǎo)體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B下面請看其基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布第6頁/共128頁2）基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布

不同的雙極晶體管的具體結(jié)構(gòu)有所差異，但其管芯基本結(jié)構(gòu)是一樣的：由靠的很近的兩個PN結(jié)組成。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示a、均勻基區(qū)晶體管---合金管b、緩變基區(qū)晶體管---平面管看下面幾個例子：**backc、集成電路中的晶體管---平面管*兩者比較

第7頁/共128頁

半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。BJT的結(jié)構(gòu)簡介(a)NPN型管結(jié)構(gòu)示意圖(b)PNP型管結(jié)構(gòu)示意圖(c)NPN管的電路符號(d)PNP管的電路符號back第8頁/共128頁typicala、均勻基區(qū)晶體管---合金管制作工藝*三個區(qū)的雜質(zhì)分布*back銦、鎵，加熱到銦鎵與鍺的共溶溫度第9頁/共128頁b、緩變基區(qū)晶體管---平面管back制作工藝？（對照講解）*三個區(qū)的雜質(zhì)分布*淡紫色淺青綠色青色橙色頂視圖頂視圖1019cm-31017cm-31015cm-3第10頁/共128頁淡紫色淺青綠色水綠色橙色back摻雜過程第11頁/共128頁

a.工藝上對WB的控制

b.基區(qū)雜質(zhì)的分布（均勻基區(qū)－擴(kuò)散型晶體管、緩變基區(qū)－漂移型晶體管）兩種管子的簡單比較compareback第12頁/共128頁隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，器件縱向尺寸和橫向尺寸大為減小。例如，發(fā)射區(qū)寬已經(jīng)可以做到0.3微米左右backc、集成電路中的晶體管---平面管由于元器件之間需要相互隔離及聯(lián)結(jié)，故IC中晶體管和單個管子結(jié)構(gòu)有所不同*集電極從管芯表面引出，所以在集電區(qū)下面作埋層以減小集電極串聯(lián)電阻**詳細(xì)請看放大圖第13頁/共128頁集成電路中典型NPN型BJT的截面圖第14頁/共128頁返回放大圖隔離區(qū)埋層集電極黑板演示隔離區(qū)劃分,并取其中一個小單元即如課件所示第15頁/共128頁§2.2晶體管的放大機(jī)理下一節(jié)：晶體管的直流伏安特性2.晶體管的放大機(jī)理2.3描述晶體管電流傳輸作用和放大性能的參數(shù)2.1晶體管的電流傳輸作用2.2晶體管端電流的組成2.4晶體管的放大能力back第16頁/共128頁即：以NPN共基組態(tài)電路且管子處于放大區(qū)的情況為例進(jìn)行學(xué)習(xí)。(下圖)§2.2.1晶體管的電流傳輸作用2.1晶體管的電流傳輸作用三點說明：1.NPN、PNP，以NPN為例2.晶體管三種基本電路組態(tài)，共基、共射、共集，以共基為例3.晶體管有四種工作狀態(tài)，放大、截止、反向運用、飽和，以放大區(qū)為例****共基極共射極共集極在黑板上分別解釋這幾種工作狀態(tài)—從結(jié)的偏置的角度—四象限劃分第17頁/共128頁電流傳輸放大圖少子分布放大圖下頁進(jìn)行討論:(1、2、3、4)第18頁/共128頁.在E區(qū)與從B區(qū)反向注入的空穴的復(fù)合損失.在B區(qū)與空穴的復(fù)合損失.E勢壘區(qū)復(fù)合.表面復(fù)合討論:(1、2、3、4).E結(jié)對C結(jié)（畫圖分析）.C結(jié)對E結(jié)1、E、C結(jié)的相互關(guān)系3.電子在傳輸過程中的損失－IPE2.NPN管中電流的傳輸過程：第19頁/共128頁back4.基區(qū)寬度對晶體管特性的影響現(xiàn)在實際器件的WB可以做到0.3微米左右第20頁/共128頁IEIBICInEIVBICBO晶體管電流傳輸示意圖InCIpE濃度分布下頁對晶體管的電流傳輸進(jìn)行簡單的討論總結(jié)返回電流傳輸放大圖第21頁/共128頁返回－晶體管電流傳輸示意圖返回放大圖第22頁/共128頁共基極連接共射極連接RLRL共集電極連接RLRL返回第23頁/共128頁§2.2.2晶體管端電流的組成2.2晶體管端電流的組成back第24頁/共128頁共基極直流電流增益：從發(fā)射極輸入電流中有多大比例傳輸?shù)郊姌O。§2.2.3描述晶體管電流傳輸作用和放大性能的參數(shù)2.3描述晶體管電流傳輸作用和放大性能的參數(shù)2.共射極直流電流增益：發(fā)射極電流中傳輸?shù)郊姌O部分與傳輸過程中損失部分的比值。第25頁/共128頁3.發(fā)射效率：從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子流與發(fā)射極總電流之比。4.基區(qū)輸運系數(shù)：到達(dá)集電結(jié)的電子數(shù)與由發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的電子數(shù)之比。第26頁/共128頁提高直流電流增益的一般原則：盡可能的減少輸運過程中的損失。back討論第27頁/共128頁ViPiV0P0GVGP§2.2.4晶體管的放大能力2.4晶體管的放大能力back第28頁/共128頁3.1均勻基區(qū)晶體管的伏安特性§2.3晶體管的直流伏安特性下一節(jié)：直流電流增益3.晶體管的直流伏安特性back本節(jié)內(nèi)容：3.2緩變基區(qū)晶體管有源放大區(qū)的伏安特性第29頁/共128頁§2.3.1均勻基區(qū)晶體管的伏安特性3.1均勻基區(qū)晶體管的伏安特性均勻基區(qū)晶體管---合金管為了分析問題的方便，先作幾點假設(shè)－下頁第30頁/共128頁6.滿足小注入條件幾點基本假設(shè)：1.E、B、C雜質(zhì)均勻分布，E結(jié)C結(jié)都是突變結(jié)2.E結(jié)C結(jié)為平行平面結(jié)，其面積相同，電流垂直結(jié)平面流動。3.外加電壓全部加在空間電荷區(qū)，勢壘區(qū)外沒有電場4.E區(qū)C區(qū)長度遠(yuǎn)大于少子擴(kuò)散長度，少子濃度按指數(shù)規(guī)律衰減5.勢壘區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度，勢壘復(fù)合及勢壘產(chǎn)生均可以忽略7.不考慮基區(qū)表面復(fù)合的影響；WB為常數(shù)。*******第31頁/共128頁分析過程(均勻基區(qū))：緩變基區(qū)晶體管的直流伏安特性3.由這些電流分量得出晶體管的伏安特性方程1.由連續(xù)性方程求出各區(qū)(基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū))少子分布2.從電流密度方程導(dǎo)出晶體管內(nèi)部流動的各電流分量(基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū))第32頁/共128頁基區(qū)back**基區(qū)少子分布(表達(dá)式)*72基區(qū)很窄時，可近似為由連續(xù)性方程求各區(qū)的少子分布函數(shù)0第33頁/共128頁back發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)少子分布(表達(dá)式)*74*0第34頁/共128頁集電區(qū)集電區(qū)少子分布(表達(dá)式)*75*以上求出了三個區(qū)的少子分布函數(shù)，接下來就利用電流密度方程得出各個電流分量的大小*back0第35頁/共128頁基區(qū)**基區(qū)電子電流(表達(dá)式)書本76頁有詳細(xì)推導(dǎo)，同學(xué)自己看0第36頁/共128頁back***以上是基區(qū)的電流分量，接下來看發(fā)射區(qū)的電流分量

時上式同樣可以利用下面近似關(guān)系進(jìn)行近似**第37頁/共128頁發(fā)射區(qū)**發(fā)射區(qū)空穴電流(表達(dá)式)書本77頁有詳細(xì)推導(dǎo)，同學(xué)自己看0第38頁/共128頁從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴電流分量back以上是發(fā)射區(qū)的電流分量，接下來看集電區(qū)的電流分量第39頁/共128頁集電區(qū)**集電區(qū)空穴電流(表達(dá)式)0第40頁/共128頁集電區(qū)的空穴電流分量back以上是集電區(qū)的電流分量，三個區(qū)的電流分量都求出來了第41頁/共128頁均勻基區(qū)晶體管的伏安特性方程:

可見,通過每個結(jié)的電流不是只與該結(jié)上偏壓有關(guān)系,同時還與另一個結(jié)上的偏壓有關(guān),這表明了發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的相互作用.返回本節(jié)末*第42頁/共128頁

均勻基區(qū)晶體管的直流伏安特性到此就分析完了,其重點是要求大家掌握這個分析方法和結(jié)論晶體管的伏安特性方程連續(xù)性方程少子分布電流密度方程少子電流分量back第43頁/共128頁

由于工藝上的原因，相對均勻基區(qū)管，緩變基區(qū)管三個區(qū)的雜質(zhì)呈非均勻分布，所以其伏安特性和均勻基區(qū)管也有很大差別§2.3.2緩變基區(qū)晶體管有源放大區(qū)的伏安特性3.2緩變基區(qū)晶體管有源放大區(qū)的伏安特性1淡紫色淺青綠色青色橙色

為什么呢？原因如下，具體見后面的分析**返回發(fā)射區(qū)自建電場返回集電區(qū)自建電場自建電場雜質(zhì)的非均勻分布伏安特性*第44頁/共128頁基區(qū)自建電場1）其形成機(jī)理2）自建電場的求解自建電場雜質(zhì)的非均勻分布伏安特性緩變基區(qū)晶體管伏安特性的求解方法：下頁**

自建電場在基區(qū)、發(fā)射區(qū)的影響非常大，下面我們先就基區(qū)自建電場的情況進(jìn)行一下具體的分析，分析過程：自建電場的形成及求解考慮了自建電場的影響后其伏安特性第45頁/共128頁2)近似方法求解:忽略少子在基區(qū)輸運過程中的損失。詳細(xì)如下：back1)用連續(xù)性方程精確求解

用連續(xù)性方程帶來的問題緩變基區(qū)晶體管伏安特性的求解方法：**緩變基區(qū)和均勻基區(qū)晶體管的伏安特性的異同點分析－同學(xué)自己分析*第46頁/共128頁加速場阻滯場（忽略）發(fā)射區(qū)自建電場，返回集電區(qū)仍為均勻雜質(zhì)分布EBCback自建電場形成動畫*第47頁/共128頁動態(tài)平衡時，基區(qū)中多子J擴(kuò)和J漂大小相等，方向相反，凈空穴電流密度為0。由此得b.室溫下雜質(zhì)完全電離，并且為了維持基區(qū)電中性，基區(qū)多子分布和雜質(zhì)分布相同2）自建電場的求解第48頁/共128頁c.將基區(qū)雜質(zhì)近似為指數(shù)分布。分析：①采用指數(shù)近似后，自建電場變?yōu)槌?shù)②它將加速基區(qū)少子在基區(qū)運輸，使復(fù)合減少，因此其電流增益和頻率特性相對優(yōu)越。于是有back*第49頁/共128頁連續(xù)性方程均勻基區(qū)晶體管基區(qū)電子的連續(xù)性方程考慮自建電場的緩變管基區(qū)電子的連續(xù)性方程back第50頁/共128頁基區(qū)電子電流將乘上式兩端，并從到積分，得求積分基區(qū)第51頁/共128頁求積分淡紫色淺青綠色青色橙色忽略基區(qū)復(fù)合時是常數(shù)，以表示，則看圖：求積分基區(qū)第52頁/共128頁

以上求的是基區(qū)的少子電流，我們可以用同樣的辦法求發(fā)射區(qū)的少子電流，如下：基區(qū)第53頁/共128頁發(fā)射區(qū)也存在一個自建電場，記做

于是得到發(fā)射區(qū)少子電流如下：下面看看緩變基區(qū)晶體管集電區(qū)的情況發(fā)射區(qū)近似第54頁/共128頁

由于緩變基區(qū)晶體管集電區(qū)的雜質(zhì)分布仍為均勻分布（如圖），所以緩變基區(qū)晶體管集電區(qū)的少子電流表達(dá)式和均勻基區(qū)晶體管集電區(qū)的少子電流表達(dá)式一樣，即近似集電區(qū)第55頁/共128頁

以上我們得到了緩變基區(qū)晶體管各區(qū)的少子電流分量：，從而我們就可以得到其直流伏安特性方程如下：晶體管的直流伏安特性到此就全部得到了！back注意，上式僅實用于在放大態(tài)的管子第56頁/共128頁§2.4直流電流增益學(xué)習(xí)任務(wù)：將晶體管的直流電流增益與其結(jié)構(gòu)、材料及工藝參數(shù)聯(lián)系起來，從而找到提高增益的各種措施。方法：從討論理想管入手進(jìn)而對實際晶體管進(jìn)行分析。理想晶體管和實際管的區(qū)別？發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響：發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合的影響表面復(fù)合的影響基區(qū)寬變效應(yīng)4、雙極晶體管的電流增益第57頁/共128頁.實際晶體管－－影響直流增益的一些因素（共四點）back2）緩變基區(qū)3）提高增益的方法接下來我們來開始分析.理想晶體管的直流增益：（分三步）1）均勻基區(qū)第58頁/共128頁討論均勻基區(qū)晶體管增益的方法如下：發(fā)射效率基區(qū)輸運系數(shù)

直流電流增益先利用前面得到的電流分量的表達(dá)式先分析發(fā)射效率和基區(qū)輸運系數(shù)和器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系，再討論電流增益。如下頁所示第59頁/共128頁均勻基區(qū)晶體管的增益①②近似back**發(fā)射效率基區(qū)輸運系數(shù)

直流電流增益第60頁/共128頁討論均勻緩變基區(qū)晶體管增益的方法如下：發(fā)射效率基區(qū)輸運系數(shù)

直流電流增益先利用前面得到的電流分量的表達(dá)式先分析發(fā)射效率和基區(qū)輸運系數(shù)和器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系，再討論電流增益。如下頁所示第61頁/共128頁back緩變基區(qū)晶體管的增益發(fā)射效率基區(qū)輸運系數(shù)

直流電流增益***第62頁/共128頁求基區(qū)電子的復(fù)合率基區(qū)復(fù)合電流認(rèn)為此時基區(qū)電子指數(shù)分布back可得基區(qū)復(fù)合電流緩變基區(qū)的情況第63頁/共128頁求基區(qū)電子的復(fù)合率基區(qū)復(fù)合電流認(rèn)為此時基區(qū)電子線性分布back可得基區(qū)復(fù)合電流均勻基區(qū)的情況第64頁/共128頁②

減小基區(qū)寬度3）提高增益的方法①

提高發(fā)射區(qū)與基區(qū)摻雜濃度比。**

發(fā)射區(qū)摻雜濃度一般比基區(qū)高兩個數(shù)量級。 在實際工藝中，我們可以通過提高發(fā)射區(qū)摻雜水平或降低基區(qū)摻雜水平來實現(xiàn)，但是發(fā)射區(qū)摻雜不能超過雜質(zhì)在半導(dǎo)體材料中的固溶度，同時，基區(qū)摻雜過低也會使器件的基區(qū)電阻變大，導(dǎo)致其功率增益下降，噪聲系數(shù)上升，大電流特性變壞。

主要受工藝水平和基區(qū)穿通電壓的限制。第65頁/共128頁back③

提高基區(qū)電場因子④

提高基區(qū)載流子壽命和遷移率**

即增大基區(qū)的雜質(zhì)濃度梯度，增大基區(qū)兩側(cè)的雜質(zhì)濃度之比。 主要目的是增大基區(qū)的加速場，使基區(qū)輸運系數(shù)變大。第66頁/共128頁2）發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響：2.4.2影響直流增益的一些因素back.實際晶體管－－影響直流增益的一些因素1）發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合的影響3）表面復(fù)合的影響(見下頁圖2-19)4）基區(qū)寬變效應(yīng)帶隙變窄效應(yīng)俄歇效應(yīng)以晶體管在有源放大區(qū)為例，解釋基區(qū)寬變效應(yīng)的形成定量分析不作要求第67頁/共128頁IEIBICInEIpEIVBICBOInCIrE考慮IrE之前考慮IrE之后考慮發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合的時候，示意圖如下1）發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合的影響不考慮發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合的時候***98第68頁/共128頁圖2-16很好的說明了IrE對管子增益的影響，如下電流增益隨工作電流的變化關(guān)系2.隨著工作電流增大，的影響逐漸減小，使發(fā)射效率增加，電流增益變大；1.工作電流較小時，變得與可比擬，故減小導(dǎo)致明顯下降；3.高電流時由于大注入效應(yīng)的發(fā)生，電流增益下降。back第69頁/共128頁2）發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響：帶隙變窄效應(yīng)思考1：重?fù)诫s時帶隙為什么變窄？發(fā)射區(qū)重?fù)诫s以提高發(fā)射效率*101思考2：帶隙變化和晶體管增益的關(guān)系？

由固體電子學(xué)的知識分析非簡并半導(dǎo)體和簡并半導(dǎo)體中狀態(tài)密度和能量的關(guān)系圖即可。第70頁/共128頁輕摻雜時主要原因：帶隙變窄引起ni發(fā)生改變重?fù)诫s時定性分析如下：對重?fù)诫sSi

back思考2：帶隙變化和晶體管增益的關(guān)系？由公式可得*101第71頁/共128頁back第72頁/共128頁俄歇復(fù)合的壽命為俄歇效應(yīng)2）發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響：

什么是俄歇復(fù)合？G俄歇復(fù)合系數(shù)摻雜很高時**考慮了俄歇復(fù)合時，發(fā)射區(qū)空穴壽命表達(dá)式為：

前面說了，載流子在管內(nèi)傳輸時要發(fā)生復(fù)合，這個體內(nèi)復(fù)合主要是間接復(fù)合(SHR復(fù)合)，此時發(fā)射區(qū)空穴壽命表達(dá)式為：第73頁/共128頁back俄歇復(fù)合與增益的關(guān)系可用以下關(guān)系圖描述：第74頁/共128頁3）表面復(fù)合的影響3）表面復(fù)合的影響(見下頁圖2-19)具體分析如下頁第75頁/共128頁

顯然，考慮了基區(qū)表面復(fù)合時，基區(qū)輸運系數(shù)會下降。沒有考慮表面復(fù)合時基區(qū)輸運系數(shù)如下：考慮表面復(fù)合時基區(qū)輸運系數(shù)如下：第76頁/共128頁

為了減小表面復(fù)合的影響，應(yīng)注意表面清潔，減少表面復(fù)合中心基區(qū)表面復(fù)合電流密度back傳輸系數(shù)基區(qū)表面復(fù)合電流｛第77頁/共128頁*4）基區(qū)寬變效應(yīng)

形成過程基區(qū)寬度變化會引起增益怎樣的變化？（定性的分析）4）基區(qū)寬變效應(yīng)

對電流增益影響的詳細(xì)討論例如在放大狀態(tài)下（畫圖分析）

此效應(yīng)使得晶體管的電流增益隨外加電壓變化而變化，降低了放大性能的線性度，使信號失真。第78頁/共128頁b.基區(qū)寬變效應(yīng)在管子特性曲線上的體現(xiàn)。見下頁圖（借助此圖我們可對其進(jìn)行定量的分析）*黑板上畫圖對比分析厄利電壓？*106第79頁/共128頁設(shè)基極電流IB，集電極電壓VCE，有寬變效應(yīng)時集電極電流為IC，沒有時為，則有寬變效應(yīng)時電流放大系數(shù)為：沒有時為：從圖中的幾何關(guān)系上可得等式兩邊除以IB，可得兩邊對VCE微分 變形得在黑板上記下此式，分別求下面兩項第80頁/共128頁1）求已知令發(fā)射效率為1，則所以2）求由對合金管在黑板上記下此式第81頁/共128頁所以對合金管對緩變基區(qū)，如果認(rèn)為集電結(jié)為為線性緩變結(jié)則此時基區(qū)寬變因子于是可以得到厄利電壓｛back第82頁/共128頁反向直流參數(shù)和基極電阻5、反向直流參數(shù)及基極電阻

晶體管的反向直流參數(shù)主要是指反向截止電流和反向擊穿電壓，在晶體管的研制和使用中，這是基本的參數(shù)。反向截止電流不受信號控制，增加了器件的空載功耗，對放大沒有貢獻(xiàn)，所以越小越好。反向擊穿電壓反映了器件可外加電源電壓的高低，也意味著輸出電流及輸出功率的大小，要盡可能高一些。基極電阻也是晶體管的重要參數(shù)之一，它增加了器件本身的功率損耗，影響器件的功率特性、噪聲特性。5.1反向截止電流5.2擊穿電壓和安全工作區(qū)back5.3基極電阻第83頁/共128頁*

a、ICBO

定義；測試電路

b、IEBO

和ICBO情況類似。通常要求不高。

1.反向電流ICBO、IEBO、ICEOSi管主要是產(chǎn)生電流。晶體管對ICBO的要求較高，它直接關(guān)系到ICEO的大小。要減小它，就要盡量減小材料復(fù)合中心。

*5.1反向截止電流第84頁/共128頁

c、ICEO.定義測試電路.電流的形成第85頁/共128頁.和ICBO的關(guān)系第86頁/共128頁

討論：（不過這里的增益是集電極電流為ICEO時的增益，比正常條件下的增益小得多）可見，要減小ICEO：

注意：ICBOIEBO是溫度的靈敏函數(shù)。

一、是要減小ICBO，

二、是電流增益不要太大。****back第87頁/共128頁5.2擊穿電壓*****a、BVCBO

決定因素：一般由集電極雪崩擊穿電壓決定；定義；b、BVEBO硬、軟擊穿。見右圖：和BVCBO類似。在晶體管中對其要求比較低，一般其大于4V即可。所以在設(shè)計中多不作考慮。乙甲5.2擊穿電壓和安全工作區(qū)第88頁/共128頁**c、BVCEO※

定義※

BVCEO和BVCBO的關(guān)系—下頁*※

測試電路畫在黑板上進(jìn)行說明第89頁/共128頁****集電結(jié)沒有發(fā)生雪崩倍增時，有以下關(guān)系集電結(jié)發(fā)生雪崩倍增時，有以下關(guān)系*

可見：BVCEO<BVCBO由經(jīng)驗公式－下頁這是前面推導(dǎo)出來的關(guān)系式※

BVCEO和BVCBO的關(guān)系—下頁顯然當(dāng)時，電流趨向無窮大，發(fā)生擊穿第90頁/共128頁

兩者之間數(shù)值上的關(guān)系可以由經(jīng)驗公式得到由經(jīng)驗公式n為常數(shù)，當(dāng)集電結(jié)低摻雜N型：硅管4鍺管3

當(dāng)集電結(jié)低摻雜P型：硅管2鍺管6下頁討論其安全工作區(qū)第91頁/共128頁(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功率損耗PCM

PCM=ICVCE

其安全工作區(qū)由器件的極限參數(shù)決定BJT的安全工作區(qū)(3)擊穿電壓back第92頁/共128頁5.3基極電阻

下面以梳狀管、圓形管為例，具體的分析基極電阻與哪些因素有關(guān)，并介紹其計算方法。

所以在設(shè)計和制造中，應(yīng)盡可能的減小其基極電阻。BJT的基極電阻是表征其性能好壞的一個重要參數(shù)。其主要由基區(qū)體電阻和接觸電阻組成，其大小主要決定于管子的結(jié)構(gòu)尺寸及基區(qū)電阻率。

基極電阻對BJT的功率特性、頻率特性、噪聲系數(shù)等都有著重要的影響****第93頁/共128頁.梳狀晶體管

先看看梳狀晶體管的制造過程和結(jié)構(gòu)：*平面圖剖面圖*121下頁標(biāo)注N+NP第94頁/共128頁.梳狀晶體管我們考慮梳狀晶體管一個單元：*平面圖剖面圖*121N+NP下頁提出其一個單元的后的圖第95頁/共128頁

可以分為以下四個部分：*122其一個單元的圖a、E區(qū)正下方的電阻b、E區(qū)邊界與B極邊界之間的電阻c、基極金屬條下方的電阻d、基極金屬電極與半導(dǎo)體歐姆接觸的電阻為了算出電阻，先看看基極電流在基區(qū)的流動情況下頁返回定義參數(shù)第96頁/共128頁*122基極電流在基區(qū)的流動情況由右上圖可見：a、基極電流是一股橫向電流b、基極電流是多子電流。對npn管是空穴電流c、基極電流在發(fā)射區(qū)下方區(qū)域是不均勻的，它向發(fā)射區(qū)中心流動過程中是不斷減小的。由于基極電流流動過程中不斷有空穴注入到發(fā)射區(qū)，還有部分空穴不斷和注入到基區(qū)的電子復(fù)合。下面分別計算各部分的基極電阻的大小：第97頁/共128頁***（1）E區(qū)正下方的電阻rb1*123標(biāo)注見講稿求解時看右圖：由于基極電流在流動過程中是個變量，不能采用通常的方法計算，這里我們通過等效功率來求解：方法如下下面求解rb2計算前定義幾個參數(shù)第98頁/共128頁（2）E區(qū)邊界與B極邊界之間的電阻rb2*124通過這一部分基區(qū)的基極電流不變，若假設(shè)在垂直電流流動方向的截面上電流均勻分布，可直接寫出其電阻值：下面求解rb3第99頁/共128頁（3）基極金屬條下方的電阻rb3*124和求解rb1的方法一樣在這個區(qū)域，電流密度沿藍(lán)色箭頭的方向減小，也可以認(rèn)為是一個線性分布。下面求解rCON第100頁/共128頁（4）基極金屬電極與半導(dǎo)體歐姆接觸的電阻rCON*124直接求解：于是可以得到梳狀晶體管半個小單元的電阻值如下頁所示第101頁/共128頁*從上式可見，減小基極電阻的主要途徑是：①從設(shè)計上，盡量減小發(fā)射極條、基極條的寬長比，發(fā)射極與基極間距盡可能小，增加發(fā)射極條數(shù)③做好歐姆接觸，減小基極金屬條與半導(dǎo)體的接觸電阻②從工藝上，盡量提高基區(qū)摻雜濃度，以減小基區(qū)電阻率或方塊電阻。但是這與提高發(fā)射效率矛盾，要綜合考慮下頁是圓形晶體管的模型第102頁/共128頁基極電阻到此為止

圓形晶體管和前面梳狀晶體管的情況類似，有興趣同學(xué)可自己分析硅片表面硅片外延層硅片襯底back第103頁/共128頁特性曲線和E-M模型back6、特性曲線和晶體管E-M模型6.1特性曲線6.2晶體管E-M模型第104頁/共128頁6.1特性曲線back

特性曲線能夠直觀的表示出晶體管的直流特性，從其特性曲線上我們可以得到晶體管的一些直流參數(shù)，例如直流增益等－共基極接法共射極接法共集極接法A、輸入特性曲線B、輸出特性曲線

特性曲線的種類：**晶體管特性圖示儀第105頁/共128頁A、輸入特性曲線掃描劉剛書105頁圖共基極連接共射極連接RLRL*128IB/mAVBE/mA204060801000.20.40.60.81.0VCE=0VVCE=3VVCB=10VVCB=5VVCB=0VVBE/mAIE/mA0.20.40.60.81.0246810第106頁/共128頁a共基極輸入特性曲線（VBC一定時

IE~VBE）

與單獨PN結(jié)區(qū)別：隨著VBC增大，IE增加更快。這是基區(qū)寬變效應(yīng)引起。b共射極輸入特性曲線（VCE一定時

IB~VBE）注意，如VBE=0，當(dāng)VCE＝0和VCE≠0兩種情況下IB的值有區(qū)別。backIB/mAVBE/mA204060801000.20.40.60.81.0VCE=0VVCE=3VVCB=10VVCB=5VVCB=0VVBE/mAIE/mA0.20.40.60.81.0246810第107頁/共128頁b共射極輸出特性曲線（IB一定時IC~VCE

）注意IC隨IB的變化：當(dāng)IB=0時，IC＝ICEO

當(dāng)IB增大時，IC按照βIB的規(guī)律增大

注意IC隨VCE的變化（基區(qū)寬變效應(yīng)使曲線傾斜）B、輸出特性曲線a共基極輸出特性曲線（IE一定時

IC~VCB）注意IC隨IE的變化：當(dāng)IE=0時，IC＝ICBO

當(dāng)IE增大時,IC按照αIE的規(guī)律增加*124第108頁/共128頁b共射極直流電流增益a共基極直流電流增益

※輸出特性曲線與晶體管的參數(shù)：第109頁/共128頁ⅲ共射曲線在VCE下降為零之前，IC已開始下降，而共基曲線在VCB為負(fù)值時才開始下降。※兩種組態(tài)輸出特性的比較：ⅰIC隨IB變化較快，這是由于共射極電流增益遠(yuǎn)大于共基極電流增益

共同點：輸入電流一定時，輸出電流基本不變，即晶體管是一種電流控制器件。

不同點ⅱ共射極輸出特性曲線上翹，而共基的基本保持水平，這是由于基區(qū)寬變效應(yīng)對共射極電流增益的影響比較大第110頁/共128頁從電流關(guān)系討論BJT的放大態(tài)和飽和態(tài)：※晶體管的電流關(guān)系與工作狀態(tài)

什么是BJT的放大態(tài)，什么是飽和態(tài)？

臨界飽和：

臨界飽和驅(qū)動電路IBS

過驅(qū)動電流IBX=IB-IBS

飽和深度（過驅(qū)動因子）S=IB/IBS*****放大態(tài)和飽和態(tài)在輸出特性曲線上的體現(xiàn)見下頁IC=ICS第111頁/共128頁

晶體管四種工作狀態(tài)：※晶體管的輸出特性曲線與工作狀態(tài)：以共射極為例飽和區(qū)截止區(qū)back第112頁/共128頁6.2晶體管E-M模型

假如我們進(jìn)行電路模擬，就必須先建立電路各元器件的模型。晶體管模型的意義：用于計算機(jī)分析（CAA）和計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）中使用。

元器件的模型不唯一；

元器件的模型的精度越高，模型本身就越復(fù)雜，所要求的模型參數(shù)個數(shù)越多；

對于一般的電路分析，特別是大規(guī)模的電路，盡可能采用能滿足一定精度的簡單模型。先回顧一下我們熟悉的二極管的模型：下頁第113頁/共128頁A電壓源二極管直流模型二極管小信號模型AKrSgdCdrSVDIDrS是接觸電阻和大注入時等效電阻超大規(guī)模集成電路設(shè)計

所以原則上講，如何構(gòu)造器件的模型有一定的任意性。因此，在不同的應(yīng)用場合，為了電路分析的方便，晶體管有不同的模型：我們來看*第114頁/共128頁*

對晶體管而言，也有很多一些模型，在這里我們主要討論一下E－M模型（非線性直流模型），其參數(shù)能較好的反映物理本質(zhì)且易于測量，所以便于理解和使用。下面我們來看一下這個模型。第115頁/共128頁E－M模型：

由本章前面的分析可知，發(fā)射極電流、集電極電流