2019年 半导体器件基础ppt课件.ppt

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1、半导体器件基础半导体概要载流子模型载流子输运pn结的静电特性pn结二极管：I-V特性pn结二极管：小信号导纳pn结二极管：瞬态特性BJT的基础知识BJT静态特性BJT动态响应模型MOS结构基础MOSFET器件基础JFET和MESFET简介基本概念BipolarJunctionTransistorN+NPPEBCEBCEBCNPNPNP晶体管的发明第一个点接触式的晶体管(transistor)Bardeen,Brattain,andSchockley获1956年诺贝尔物理奖晶体管的特性制备工艺理想NPN掺杂分布集电结外延，发射结离

2、子注入ebc两个独立的PN结构成晶体管的静电特性N+PN背靠背二极管工作原理特性参数发射效率(PNP)基区输运系数特性参数-1共基极直流电流增益特性参数-2共发射极直流电流增益小结BJT的基本概念BJT的结构与工艺BJT的工作原理特性参数半导体器件基础半导体概要载流子模型载流子输运pn结的静电特性pn结二极管：I-V特性pn结二极管：小信号导纳pn结二极管：瞬态特性BJT的基础知识BJT静态特性BJT动态响应模型MOS结构基础MOSFET器件基础JFET和MESFET简介理想晶体管模型基本假设载流子在基区的运动是一维的。基区宽度

3、大于载流子的平均自由程、因而能够将载流子在基区的输运看作是扩散+漂移;基区中准中性近似成立。准中性区满足小注入条件。非平衡少于密度低于同一位置上的多子平衡态密度。忽略基区复合，对于现代高晶体管这一条是成立的。稳态条件下工作发射区和集电区足够宽,杂质在三个区中是均匀分布的边界条件发射区0X’’P+边界条件-1基区0XP+WN边界条件-2集电区0X’W计算方法只要求出的分布,就可计算各区的电流,从而计算出各特性参数.通用解发射区的解发射区通解:通用解-1集电区的解通解:通用解-2基区通解见P.283-284简化关系式当W<

4、0wx简化关系式-1特性参数E-M方程BJT的端口特性P289理论和实验的偏差共基极输入特性理论特性中发射极电流与VCB无关实际特性:IE随VCB增加显著增加共基极输出特性理论:VCB无限制实际:最大为VCB0理论和实验的偏差-1共发射极输入特性大部分是一致的共发射极输出特性理论:完全水平实际:向上倾斜,有最大VCE限制基区宽度调制W与外加电压有关WWB基区宽度调制-1对共基极基区穿通双极晶体管在基极开路条件下工作，随着外加VCE上升，未发生雪崩击穿而出现集电极电流急剧增加的现象W0雪崩倍增和击穿共基极与单个PN结类似,最大击

5、穿电压为VCB0共发射极现象:VCE0小于VCB0CBEVCE雪崩倍增和击穿-1M1/几何效应器件尺寸有限,必须考虑二维效应发射区面积不等于集电区面积几何效应-1串联电阻(基区电阻)复合-产生电流-1发射结侧向注入及基区表面复合缓变基区品质因素Gummel图与IC的对数关系曲线IBICVEBIC,IB现代BJT结构第一个集成的BJT现代BJT结构-1多晶硅发射结BJT现代BJT结构-2HBT以及基区宽度调制减小小结理想晶体管模型E-M模型实际与理想的偏离BJT结构半导体器件基础半导体概要载流子模型载流子输运pn结的静电特性pn

6、结二极管：I-V特性pn结二极管：小信号导纳pn结二极管：瞬态特性BJT的基础知识BJT静态特性BJT动态响应模型MOS结构基础MOSFET器件基础JFET和MESFET简介小信号模型小信号工作是指输入信号电流、输出信号电流、输入信号电压以及输出信号电压之间满足线性变化关系的工作状态小信号工作条件：输入信号电压以及输出信号电压都远小于热电压(kT/q)小信号模型-1iBiCvBEvCET小信号模型-1iBiCvBEvCET小信号等效电路混合模型在放大偏置模式下并假定基区宽度调制可忽略，由E-M方程：小信号模型-1混合模型-1

7、跨导gmgm正比于Ic，反比于T。gm只决定于工作电流及工作温度，与器件所用材料无关。跨导与器件的结面积的大小无关。混合模型-2输入电阻r小信号模型-1瞬态响应开关工作器件在开态和关态之间切换开关晶体管的静态参数包括临界饱和电流增益、饱和深度、开态阻抗及关态阻抗。临界饱和电流增益：瞬态响应-1饱和深度（过驱动因子）关态阻抗开态阻抗过驱动电流开关时间开启时间关断时间瞬态开启特性基极输入电压脉冲的上升沿到来之后，集电极电流从截止态小电流上升到饱和态大电流的过程。包含延迟过程和上升过程延迟过程是发射结过渡区电容的充电过程关断时间始

8、于基极输入电压脉冲的下降沿，集电极电流下降到反向电流值结束包含退饱和过程和下降过程退饱和过程和下降过程的界限是VBC=0小结小信号模型小信号模型的定义混合模型特征频率和截止频率瞬态模型上升时间下降时间