半导体器件物理-双极型晶体管功率特性.ppt

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1、双极晶体管的功率特性游海龙4－1基区串联电阻RB一、基区串联电阻RB的组成特点1、基区串联电阻RB的组成如果把基极电流IB从基极引线经非工作基区流到工作基区所产生的电压降，当作是由一个电阻产生的，则称这个电阻为基极电阻，用rB表示。由于基区很薄，rB的截面积很小，使rB的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。基极电阻rB大致由下面四部分串联构成：(1)基极金属电极与基区的欧姆接触电阻rcon(2)基极接触处到基极接触孔边缘的电阻rB3(3)基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻rB2(4)工作基区的电阻（发射极正下方）

2、rB1所以：2、基区串联电阻RB的特点(1)对多子电流IB呈现的电阻（基极电流为多子电流）；(2)实际基区串联电阻RB由四部分组成；(3)多子电流IB流动方向上的截面积很小导致RB1较大；(4)RB3和RB1是“分布电阻”不能采用常规的电阻计算公式。注：流过普通电阻的电流时均匀的，而流过基极电阻的电流是不均匀的，产生的压降也不均匀，因而基区电阻一般采用平均电压法或平均功率法。二、基区串联电阻RB的影响1、由基区自偏压效应导致的电流集边效应晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使

3、发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，由此而产生发射极电流集边效应（也称为基区电阻自偏压效应）。2、使输入阻抗增大3、在线路应用中形成反馈（影响晶体管的功率特性和频率特性）三、方块电阻的计算对于均匀材料，对于沿厚度方向(x方向)不均匀的材料对于矩形的薄层材料，总电阻就是R口乘以电流方向上的方块个数，即四、降低RB的措施1、增大基区掺杂浓度（适当）2、增大基区宽度（适当）注：以上两个措施会降低电流增益，降低发射结击穿电压，提高发射结势垒电容3、减小电极条的宽度以及电极条之间的间距（取

4、决于光刻工艺水平）4、采用双基极条结构4－2发射极电流集边效应与晶体管图形设计一、发射极电流集边效应1、基区自偏压效应(1)考虑基区电阻的EB结等效电路(2)基区自偏压晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，称为基区电阻自偏压效应（也称为发射极电流集边效应）。(3)EB结面上的实际偏置电压（VBE）J外加在BE电极上偏压（VBE）A，实际落在BE结上的电压（VBE）J则：•（VBE）A>（VBE）J

5、；•BE结上不同位置，（VBE）J不同。注：由于发射区重掺杂，可认为是等电位的。2、发射极电流集边效应(1)发射极电流集边效应晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，称为发射极电流集边效应。(2)电流集边效应的影响•发射区边缘处电流密度较大，易导致局部过热；•发射区边缘处电流密度较大，易导致局部大注入效应；•发射极电流不均匀，会导致发射区下方的横向基极电流不均匀，故研究实际的横向电压降随距离的变化需

6、用二维分析。二、晶体管发射区设计1、单位发射区条长允许的最大电流(1)考虑问题的出发点由于电流集边效应，发射极边上的电流密度将大于发射结上的平均电流密度，由大注入而产生的基区扩展效应将首先在边界上发生。为防止基区扩展效应，需合理选取发射条周界上的电流容量。(2)单位发射区条长允许的最大电流(工程实用数据)①线性放大应用ICMI<0.05mA/um②功率放大应用ICMI<0.04mA/um③开关应用ICMI<0.4mA/um且随频率增加而减小。2、发射极条长的限制（选讲）发射极条长的自偏压效应电极的根部到端部的电压差等于KT

7、/e时对应的条长Leff3、最小尺寸晶体管DR（designrule）4、功率NPN晶体管发射区图形结构(1)梳状图形结构晶体管的发射区分成许多分离的细条，排列在基区内，发射极电极和基极电极像两把梳子相互交叉插入，因而成为梳状结构。三、梳状结构晶体管版图设计1、版图设计应该满足的条件(1)工作电流(2)版图设计规则2、版图设计思路(1)按照工作电流要求确定发射极总条长由集电极最大电流Icm和单位条长上的最大允许电流IcmI确定发射极的总周长。IcmI的一组经验数值：0.8~1.6A/cm20~40MHz0.4~0.8A/c

8、m400MHz~2GHz1.6~4A/cm开关晶体管(2)确定单个发射区尺寸①按照设计规则确定条宽②按照允许的最长发射极条长确定条长(3)按照发射极总条长要求以及单根发射极条长确定发射极条的数目(4)按照设计规则确定其他版图尺寸四、BJT特有的击穿现象：外延层穿通1、外延结构晶体管(1)常规晶体管结构存