半导体器件课件西安交通大学 Bipolar-01.ppt

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1、BJT的频率特性主要内容：BJT工作在正向有源模式时对交流小信号的响应能力。频率特性参数：特征频率混合л（Hybird-Pi）等效电路α00.1110102103105106107108109104f3dBβαβ03dBcurrentgainvs.frequency当时/每倍频频率特性参数实验发现，BJT的交流电流放大倍数:在频率较低时，几乎不随频率变化，接近等于直流放大倍数当频率较高时，随频率增加开始明显下降特征频率fT（单位增益频率）：共发射极交流电流放大倍数等于1所对应的频率最高振荡频率fmax:（共发射极）功率增益等于1时所对应的频率物理原

2、因：PN结有电容效应对电容充电，要消耗部分载流子，使最终到达集电极的载流子数目减少，频率愈高，单位时间内消耗的载流子数目越多对电容充电，需要一定时间，该时间造成Ic对Ie（Ib）有时间延迟。电流增益随频率变化的物理原因频率特性的渡跃时间分析考虑到载流子在不同区域的移动和再分布，从发射区到集电区的总的渡跃时间（或延迟时间）可以写成五个相互独立的时间常数之和：＝发射结势垒电容的充电时间＝基区渡跃时间＝集电结耗尽区渡跃时间＝集电结势垒电容充电时间＝发射区扩散电容的充电时间:集电区串连电阻:集电结结势垒电容:集电结空间电荷区宽度Cje:发射结势垒电容主要取

3、决于BJT的图形（几何）结构（面积）取决于BJT的纵向结构fT决定于器件的结构与工作条件各个延迟时间以不同的规律随工作条件变化提高fT的方法减小横向几何尺寸以降低电容减小纵向尺寸以减小渡跃时间（特别是基区宽度）适当提高集电区掺杂浓度NC以减小集电区电阻NPNBJT四个变量两个是独立变量，另两个是因变量可选择任意两个变量为独立变量Y参数（短路导纳参数）：h参数（混合参数）：Hybird-Pi等效电路由上式可得频率响应最高振荡频率fmax功率增益为1的频率更全面地反映了晶体管的频率特性共发射极最佳功率增益Gp为Gp＝1时频率RB：基区电阻；Cjc：BC

4、结结电容提高fmax：fT↑、RB↓(NB↑)、Cjc↓(AC↓)MaxiumeoscillationfrequencyBJT的开关特性1、BJT处于开态和关态时的静态特性开态时的饱和电压Vces（导通电阻）、最大电流；关态时的反向漏电流、击穿电压等）开关特性包含两个方面的内容：2、在开态和关态之间转换时电流电压随时间变化的瞬态特性（开关时间）通过改变BJT的工作模式，可以实现开关功能饱和模式放大模式截止模式反向有源截止模式：两个结均反偏，基区内电子数目小于平衡状态下的电子数目，只有很小的电流在发射极和集电极之间流过（Iceo），晶体管的直流行为接

5、近开路。BJT工作在截止模式称为关断（关态）饱和模式：发射结正偏，集电结正偏（或零偏），两个结都向基区注入电子，基区有超量电子存储，，此时，有很大的电流在发射极和集电极之间流过，BJT工作在饱和模式称为开启（开态）关态：高压小电流，开态：低压大电流改变发射结的偏压可以使晶体管从一种状态转变为另一种状态：开关的转换是靠输入电源在正电压和负电压之间的脉冲跳动来完成的。当处于Vs<0的稳态条件时，BJT被偏置在截止状态。当处于Vs>0的稳态条件时，只要使就可以使晶体管进入饱和区称为基极过驱动电流超量存储电荷示意图超量存储主要在集电区开关时间改变发射结的偏

6、压可以使晶体管从一种状态转变为另一种状态，以实现开关功能。在晶体管内部，工作状态的改变是通过内部少子分布的变化来完成的少子分布的变化不能瞬时完成，因此，（发射结）外加的输入信号并不是立即就能完成状态之间的转换，而是要经过一定的时间，这个延迟时间称为开关时间。实际的开关过程td:延迟时间，对发射结和集电结势垒电容充电时间（发射结电压上升到导通电压Von,集电结压降降到-(Vcc-Von)），晶体管进入放大区。tr:上升时间，在继续对Cje、Cjc充电时，对基区扩散电容充电，使基区积累电荷增加。上升过程结束后，晶体管进入临界饱和状态，集电结压降Vbc=

7、0。在器件内部建立起稳定的少子分布tsd:存储时间，超量存储电荷的消失时间，t4时刻，BC结反偏。存储时间与集电区少子寿命和集电区的厚度有关：tf:下降时间，从临界饱和状态进入截至状态尽量减小发射结和集电结面积，以减少势垒电容减小基区宽度减小存储时间：在开关时间中，存储时间最长。如何加速瞬态开启和关断?增加复合中心：引入深能级在满足击穿的条件下尽量降低集电区的电阻率和减薄外延层的厚度采用肖特基钳位晶体管：把一个肖特基二极管连接在集电极和基极之间在BJT进入饱和模式时，肖特基二极管开始导通并在相对低的正向电压下钳制住BC结电压，以降低饱和模式下存储电

8、荷的积累。肖特基钳位的NPN晶体管的实际结构双极晶体管结构：包含三个紧邻区域且相邻区掺杂类型不同的半导体器件（三个掺杂区、