缓变基区晶体管的电流放大系数

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1、缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为漂移晶体管3.3缓变基区晶体管的电流放大系数本节以NPN管为例，结电压为VBE与VBC。PN+N0xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0xjcxje本节求基区输运系数的思路进而求出基区渡越时间将E代入少子电流密度方程，求出JnE、nB(x)与QB令基区多子电流密度为零，解出基区内建电场E最后求出基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场E，使少子在基区内以漂移运动为主，所以缓变基区晶体管又称为漂移晶体管。3.3.1基区内建电场的形成NB(

2、x)NB(WB)NB(0)WB0x在实际的缓变基区晶体管中，的值为4~8。设基区杂质浓度分布为式中是表征基区内杂质变化程度的一个参数，当时为均匀基区；因为，，所以内建电场对渡越基区的电子起加速作用，是加速场。令基区多子电流为零，解得内建电场为小注入时，基区中总的多子浓度即为平衡多子浓度，将基区内建电场E代入电子电流密度方程，可得注入基区的少子形成的电流密度（其参考方向为从右向左）为3.3.2基区少子电流密度与基区少子浓度分布上式实际上也可用于均匀基区晶体管。对于均匀基区晶体管，NB为常数，这时下面求基区少子分布nB

3、(x)。在前面的积分中将下限由0改为基区中任意位置x，得由上式可解出nB(x)为对于均匀基区，对于缓变基区晶体管，当较大时，上式可简化为3.3.3基区渡越时间与输运系数注：将Dn写为DB，上式可同时适用于PNP管和NPN管。对于均匀基区晶体管，可见，内建电场的存在使少子的基区渡越时间大为减小。利用上面得到的基区渡越时间b，可得缓变基区晶体管的基区输运系数为3.3.4注入效率与电流放大系数根据非均匀材料方块电阻表达式，缓变基区的方块电阻为于是JnE可表示为已知（3-43a）类似地，可得从基区注入发射区的空穴形成的电

4、流密度为式中，（3-43a）（3-43b）于是可得缓变基区晶体管的注入效率以及缓变基区晶体管的电流放大系数3.3.5小电流时电流放大系数的下降实测表明，α与发射极电流IE有如下所示的关系小电流时α下降的原因：当发射结正向电流很小时，发射结势垒区复合电流密度JrE的比例将增大，使注入效率下降。当电流很小时，相应的VBE也很小，这时很大，使γ减小，从而使α减小。式中，当JrE不能被忽略时，注入效率为随着电流增大，减小，当但仍不能被忽略时，当电流继续增大到可以被忽略时，则当电流很大时，α又会开始下降，这是由于大注入效应和

5、基区扩展效应引起的。3.3.6发射区重掺杂的影响重掺杂效应：当发射区掺杂浓度NE太高时，不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降，从而使α和β下降。原因：发射区禁带宽度变窄与发射区俄歇复合增强。1、发射区重掺杂效应对于室温下的硅，(1)禁带变窄发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度ni发生变化，NE增大而下降，从而导致α与β的下降。增大而先增大。但当NE超过(1~5)×1019cm-3后，γ反而随随着NE的增大，减小，增大，γ随NE(2)俄歇复合增强2、基区陷落效应当发射区的磷掺杂浓度很高时，会使发射区下方的集电结结

6、面向下扩展，这个现象称为基区陷落效应。由于基区陷落效应，使得结深不易控制，难以将基区宽度做得很薄。为了避免基区陷落效应，目前微波晶体管的发射区多采用砷扩散来代替磷扩散。3.3.7异质结双极晶体管（HBT）式中，，当时，，则若选择不同的材料来制作发射区与基区，使两区具有不同的禁带宽度，则常见的HBT结构是用GaAs做基区，AlxGa1-xAs做发射区。另一种HBT结构是用SiGe做基区，Si做发射区。HBT能提高注入效率，使β得到几个数量级的提高。或在不降低注入效率的情况下，大幅度提高基区掺杂浓度，从而降低基极电阻，

7、并为进一步减薄基区宽度提供条件。在SiGeHBT中，可通过使基区中半导体材料组分的不均匀分布，得到缓变的基区禁带宽度。与缓变的基区掺杂浓度类似，缓变的基区禁带宽度也将在基区中产生一个对少子起加速作用的内建电场，降低少子的基区渡越时间。