bjt的电流放大系数及其温度稳定性

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1、BJT的电流放大系数及其温度稳定性XieMeng-xian.（电子科大，成都n）众所周知，BJT的输出电流都具有正的温度系数。因此晶体管的温度稳定性往往是电路应用屮值得注意的一个问题。因为输出电流主要是巾两部分组成的：一是少数载流子通过基区扩散到集电区而形成的电流（放大的输岀电流正比于电流放大系数），二是集电结的反向饱和电流。所以，BJT输出电流的正温度系数既关系到集电结反向饱和电流的温度特性，也关系到电流放大系数的温度特性。实际上，BJT的集电结反向饱电流和电流放大系数都是随着温度的升高而不断增大的。所以导致BJT的输出电流显著增大。温度升岛时，集电结反句饱电流的增大较容易理解，因为该

2、电流主要是少数载流子的扩散电流，与温度有指数函数关系。但是，为什么电流放大系数也会不断地增大呢？——这与巳JT的结构和工艺有关。（1）BJT的电流放大系数：BJT的共基极电流放大系数a，是少数载流子从基区扩散到集电区的电流（不包括集电结的反向饱和电流）与发射极输入电流之比值。因为共基极电流放大系数a主要巾发射结的注射效率Y和基区输运系数P*来决定：a=yx因此，晶体管电流放大系数与温度的关系也就主要决定于注射效率Y和输运系数P*这两者的温度关系。提高电流放大系数的措施主要有三个：①减薄基区宽度。这样就可以减小基区复合、增大基区输运系数。基区很薄，这是晶体管结构的一个基本特点（以保证发射结

3、和集电结是相互关联着的）。对于常规的BJT，为了获得很薄的基区宽度，在工艺上往往需要采用所谓浅结扩散技术（基区很浅，发射区更浅,这样才能保证p-n结面平坦，以便获得很薄的基区）。②增大发射区掺杂浓度。因为发射结注射效率与发射区-基区的掺杂浓度比有关，而基的掺杂浓度往往不能任意降低，则只有尽量提高发射区的掺杂浓度。这样就可以使得从发射区注入到基区的少数载流子电流大大超过反向注入的电流，从而能够提高发射结注射效率。发射结掺杂浓度不对称是一般BJT所必须具备的一个重要条件，否则难以获得商的电流放大系数。③仵基区屮设罝漂移电场，以加速少数载流子渡越基区的过程，这也是增人基区输运系数的一个重要措施

4、。基区存在漂移电场的BJT常常称为漂移晶体管。在工艺上，基区漂移电场可方便地采川不均匀掺杂技术来实现（在基区表面的掺杂浓度高、内部的掺杂浓度低）；热扩散就是最常采用的一种能够产生漂移电场的工艺技术，所以一般的双扩散晶体管就都是漂移晶体管。另外一种能够产生漂移电场的工艺技术就是近年发展起来的所谓能带工程——让基区材料的禁带宽度逐渐变化的技术；对于npn-BJT,为了产生基区漂移电场，要求基区头部的禁带宽度大、尾部的小。但是提高BJT电流放大系数的一些工艺技术措施，并不能无限制地就能够很好的达到H的，而都会遇到一定的问题。同时，为了解决这些问题，也就发展出了若干重要的新型结构的BJT。例如：

5、①为了获得薄基区而采用的浅结扩散技术，会造成发射区很薄——发射结很浅。浅的发射结，表面合的影响就会使得从基区注入到发射区的电流（扩散电流）增加，从而引起发射结注射效率反而降低。为了克服这个矛盾、提《注射效率，可以在薄发射区的表而上再增加一薄层高掺杂多硅来作为发射极（这样可以减弱发射区表面的a合作用，则可降低发射结的反向注入电流）。这种多晶硅作为发射极的BJT,就称为多晶硅发射极晶体管（PET）。PET具有高放大、高频、高速等优点，现在的高性能、小功率硅BJT，大多数就都是这种多晶硅发射极结构的晶体管。①对于一般的BJT，发射区的掺杂浓度往往高达半导体简并的程度（〜1019cm-3）。巾于

6、发射区的商掺杂，则会产生发射区的禁带宽度变窄——禁带宽度变窄效应，这就使得发射结在发射区一边的势垒高度大大增高，于是反而会导致注射效率减小。对于硅平面晶体管而言，这个矛盾从其本身的工艺和结构上都是无法解决的，所以BJT的放大性能，乃至高频、高速特性都受到了一定的限制（难以进入毫米波段）。现在，采川异质发射结来代替同质的发射结，制作出所谓异质结双极型晶体管（HBT）,就能够很好的解决这个矛盾，所以HBT具有高的放大性能，并II能够工作到毫米波段，同时还具有许多另外的长处。HBT之所以具有超越常规BJT的优良性能，主要是得益于异质发射结的采用。在HBT中，发射区材料的禁带宽度大于基区材料的禁

7、带宽度（即是能带结构不对称的异质结），这就导致发射结两边的阻挡少数载流子的势垒高度不同，从而使得发射结的注射效率很高（〜1）,并且基本上与发射区和基区的掺杂浓度无关。对于HBT,因为发射结注射效率主要是巾异质发射结的能带结构所决定，则不但能够获得很商的电流放大系数，同时发射区的掺杂浓度也可以制作得较低（甚至可低于基区的掺杂浓度），于是就可以排除高掺杂所引起的发射区禁带宽度变窄效应。（2）BJT电流放大系数与温度的关系：BJT电流放大