《双极晶体管》PPT课件

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1、1微电子器件与IC设计第3章双极晶体管BipolarJunctionTransistor----BJT2第3章双极型晶体管3.1结构3.2放大原理3.3电流增益3.4特性参数3.5直流伏安特性3.6开关特性3.7小结33.1晶体管的基本结构及杂质分布3.1.1晶体管的基本结构由两个靠得很近的背靠背的PN结构成NPNcbecbePNP43.1晶体管的基本结构及杂质分布3.1.2BJT的杂质分布1.锗合金管-均匀基区晶体管特点：三个区杂质均匀分布2结为突变结2.硅平面管-缓变基区晶体管特点：E、B区杂质非均匀分布2结为缓变结5673.1晶体管的基本结构及杂

2、质分布“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？npn晶体放大的机理是：发射区注入基区的电子绝大部分被集电区收集成为集电极电流（发射结正偏，集电结）1.若基区宽度较大，Wb>Lnb，则注入到基区的电子（少子）在到达集电区前就已经复合掉了，使大的正向电流只在左边pn结中存在，右边pn结反偏，电流很小，两pn结互不相干，没有放大作用。发射区集电区基区发射结集电结发射极集电极基极2.发射结正偏时，发射区向基区注入电子的同时，基区也向发射区注入空穴--由基极电流提供，但此电流不能形成集电极电流，对放大作用没有贡献。故需要让发射区注入的电子比基区注入的空穴多得多，即要

3、求掺杂浓度的控制。3.1.3、结构特点（1）基区宽度远小于基区少子扩散长度(WB<>NB)89NPN晶体管的几种组态共基极共射极共集电极共基极共发射极共收集极NNP晶体管的共集电极接法cbe3.2晶体管的放大原理103.2.1、晶体管中载流子的传输以共基极为例：1、发射结的注入2、基区的输运与复合3、集电极的收集WBIneIncIrIpeICBOIEICIB11各区少子分布能带图12NPN晶体管的电流转换Ine:发射结正向注入电子电流Ipe:发射结反向注入空穴电流Irb:基区复合电流Inc:集电结电子

4、电流Icbo:集电结反向饱和电流133.2.2、发射效率及基区输运系数1、发射效率γ0从发射结注入的电流有电子电流和空穴电流，即Ine和Ipe，但只有正向注入的Ine中的大部分能达到集电区，构成IC的主要部分，它显然对放大有贡献。因此从电流的传输和放大来看，Ine越大越好，Ipe越小越好。为了表示有效注入电流在总的发射电流中所占的比例14152、基区输运系数β*3、集电区倍增因子为了说明传输过程中效率的高低161.共基极直流电流放大系数2.共射极直流电流放大系数3.2.3、晶体管电流放大系数晶体管共基极电流没有电流放大作用，但可有电压及功率放大作用。共

5、射极电路既可作为电流放大，也可作为电压放大及功率放大。1718晶体管放大三要素：①Wb<>NB。③发射结正向偏置，集电结反向偏置。193.3晶体管的直流电流增益任务：导出α0、β0的定量关系式203.3.1均匀基区晶体管的电流增益均匀基区晶体管直流电流增益推导思路A、对发射区、基区、集电区分别建立扩散方程B、利用波尔兹曼分布关系建立边界条件C、解扩散方程得到各区少子分布函数D、利用少子分布函数求出各区电流密度分布函数E、由电流密度分布函数得到jne,jnc,jpe。F、求出发射效率和输运系数G、得

6、到共基极和共射极电流放大系数21以共基极连接为例，采用一维理想模型发射结正向偏置，集电结反向偏置WBIneIncIrIpeICBOIEICIB22坐标：发射区集电区基区发射结集电结发射极集电极基极We0WbWcxexc23一、少数载流子分布（1）基区“少子”电子密度分布WB0nB(x)243.3晶体管的直流电流增益一、少数载流子分布（2）发射区少数载流子分布x0pE(x)253.3晶体管的直流电流增益一、少数载流子分布（3）、集电区少数载流子分布x0pC(x)263.3晶体管的直流电流增益二、电流密度分布函数273.3晶体管的直流电流增益283.3晶体

7、管的直流电流增益WeWbWcxexc293.3晶体管的直流电流增益三、直流电流增益1.发射效率γ02.基区输运系数β*303.3晶体管的直流电流增益3、共基极电流增益或者314、共射极电流增益323.3晶体管的直流电流增益3.3.2缓变基区晶体管的电流增益一、缓变基区晶体管基区自建电场对载流子的影响基区自建电场多子：维持分布少子：阻滞、加速333.3晶体管的直流电流增益（1）基区自建电场计算公式（2）基区杂质分布指数近似34二、发射区自建电场353.3晶体管的直流电流增益三、缓变基区晶体管电流增益推导思路A、先忽略基区中少子复合。B、利用：“电流＝少子

8、扩散电流＋在自建电场作用下的漂移电流”关系，得到基区和发射区少子密度分布函数η=0123xnB