《双极型晶体管》PPT课件

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1、微电子器件与IC设计第3章双极型晶体管BipolarJunctionTransistor----BJT第3章双极型晶体管3.1结构3.2放大原理3.3直流电流增益3.4反向直流特性3.5开关作用3.1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NPNcbecbePNP3.1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3.1晶体管的基

2、本结构及杂质分布“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？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)发射区集电区基区发射结集电结发射极集电极基极NPN晶体管的几种组态共基极共射极共集电极3.2晶体管的放大原理3.2.1、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WBIneIncIrIpeICBOIEICIB各区少子分布能带图NPN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

3、注入空穴电流Irb:基区复合电流Inc:集电结电子电流Icbo:集电结反向饱和电流3.2.2、发射效率及基区输运系数1、发射效率r02、基区输运系数β*3、集电区倍增因子1.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其中令α*＝1。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。3.3晶体管的直流电流增益任务：导出α0、β0的定量关系式3.3.1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

4、导思路对发射区、基区、集电区分别建立连续性方程；利用波尔兹曼分布关系建立边界条件；解扩散方程得到各区少子分布函数；利用少子分布函数求出各区电流密度分布函数；由电流密度分布函数得到jne,jnc,jpe；求出发射效率和输运系数；得到共基极和共射极电流放大系数。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WBIneIncIrIpeICBOIEICIB发射区集电区基区发射结集电结发射极集电极基极WeWbWc一、少数载流子分布（1）基区“少子”电子密度分布WB0nB(x)3.3晶体管的直流电流增益一

5、、少数载流子分布（2）发射区少数载流子分布x0pE(x)3.3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)3.3晶体管的直流电流增益二、电流密度分布函数3.3晶体管的直流电流增益3.3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*3.3晶体管的直流电流增益3、共基极电流增益或者其中：ρ为电阻率4、共射极电流增益3.3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

6、速通常阻滞区很小，可以忽略不计。3.3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二、发射区自建电场3.3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(x)基区少子分布：(3.3.46)当基区杂质指数分布时(3.3.47)根据(3.3.46)，利用类似可得到发射区电流：3.3晶体管的直流电流增益C、利用把(3.3.47)代入得到基区复

7、合电流D、引入平均杂质浓度的概念求出jne和jpe，得到发射效率E、得到共基极和共射极电流放大系数3.3晶体管的直流电流增益四、电流增益（1）发射效率3.3晶体管的直流电流增益（2）输运系数其中，λ是与电场因子η有关的系数。均匀基区晶体管：λ=2基区杂质线性分布：λ=4基区杂质指数近似：3.3晶体管的直流电流增益（3）共基极电流增益（4）共射极电流增益发射效率与均匀基区形式相同3.3晶体管的直流电流增益3.3.3提高放大系数的途径1、减小基区宽度；2、提高发射区的杂质浓度与基区杂质浓度比NE/NB↑；3、提高基

8、区电场因子；4、提高基区“少子”寿命。3.3.4影响电流放大系数的因素1.发射结势垒复合对电流放大系数的影响考虑势垒复合电流Ire后，小电流下的电流放大系数降低，大电流下Ire可以忽略。2.发射区重掺杂效应对电流放大系数的影响发射区过重的掺杂不仅不能提高发射效率，反而使发射效率降低1）形成杂质带尾，禁带变窄发射区有效杂质浓度降低为:发射区有效杂质浓度降低，导致发射效率下降。2）俄歇复合