《CMOS集成电路闩锁效应》第二章课件.pptx

《《CMOS集成电路闩锁效应》第二章课件.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、双极型晶体管的原理定性分析SCRCMOS中的双极型晶体管目录双极型晶体管的类型：当双极型晶体管工作时半导体中的电子和空穴两种载流子都起作用，所以也常称为双极性结型晶体管（BipolarJunctionTransistor-BJT，双极型晶体管）。按照结构不同，BJT分为NPN管和PNP管。对于NPN管，起主导作用的是电子，对于PNP管，起主导作用的是空穴。双极型晶体管的结构：它由三个掺杂浓度不同的掺杂区和两个PN结组成。按掺杂浓度不同，可以把这些掺杂区分为重掺杂的发射区，轻掺杂的基区和集电区。它们对应的电极称为发射极（Emmiter）、基极（

2、Base）和集电极（Collector）。集电区与基区交界处的PN结称为集电结，发射区与基区交界处的PN结称为发射结。双极型晶体管根据BJT集电结和发射结偏置情况可以分为四种工作模式：正向有源：发射结正偏，集电结反偏，工作在正向有源区的BJT具有电流放大功能，它的放大系数是β，β是集电极电流与基极电流的比，β是一个非常关键的参数，通常BJT设计和制造工艺参数的变动都是为了获得足够大的β。正向有源是一种常用的工作区。饱和：它的两个PN结都正偏。它相当两个并联的二极管。倒置：发射结反偏，集电结正偏。与正向有源相比，它们的角色倒置了。工作在倒置区的

3、BJT也具有电流放大功能，不过它的放大系数会比正向有源小几倍。实际应用中也很少会用把BJT偏置在倒置区。截止：它的两个PN结都反偏，它们的漏电流非常微弱，就像开路的开关。双极型晶体管的工作模式工作模式发射结集电结正向有源正偏反偏饱和正偏正偏倒置反偏正偏截止反偏反偏双极型晶体管电路连接方式根据双极型晶体管的电极被输入和输出共用的情况，可以把双极型晶体管分为三种电路连接方式：第一种是共基极接法（基极作为公共电极）；第二种是共发射极接法（发射极作为公共电极）；第三种是共集电极接法（集电极作为公共电极）。双极型晶体管的共基极接法双极型晶体管的共基极接

4、法，当NPN的发射结正偏和集电结反偏，其工作在正向有源模式发射结正偏，发射结的空间电荷区变窄，其内建电势降低，载流子很容易越过该势垒高度，发射区的多数载流子电子不断越过该势垒扩散到基区，形成扩散电子电流IEN。类似的，基区的空穴也会越过该势垒扩散到发射区，形成扩散空穴电流为IEP。但是由于发射区的杂质浓度比基区的高几百倍，杂质浓度直接影响电子流和空穴流，与电子流相比空穴流非常小，通常可以忽略，所以发射极电流IE≈IEN。双极型晶体管的共基极接法正向有源（NPN）：扩散过程：发射结正偏，空间电荷区变窄和内建电势降低，多数载流子电子很容易越过势垒

5、进入基区，形成扩散电流IEN。空穴也会从基区越过势垒进入发射区，形成空穴扩散电流IEP。由于发射区杂质浓度比基区高几百倍，杂质浓度直接影响电子流和空穴流，所以与电子流相比空穴流数量非常小，可以忽略，发射极电流IE≈IEN。扩散过程：从发射区注入基区的电子形成了浓度梯度，在发射结附近浓度最高，电子不断向集电结边界扩散，在扩散过程中，有小部分电子会与基区中的空穴复合，形成复合电流IBN，基区电源VBE正端不断从基区抽走电子，形成基极电流IB，基极电流就是电子在基区与空穴复合形成的空穴电流，基极的电流IB≈IBN。双极型晶体管的载流子传输过程漂移过

6、程：集电结反偏，空间电荷区变宽和内建电势增强，形成很强电场，使得集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结，扩散到集电结边界的电子会被强电场加速进入集电区，最后被集电区收集，形成集电极漂移电子流ICN。基区中少数载流子电子和集电区中少数载流子空穴在反向电场的作用下形成反向漂移电流，这部分电流取决于少数载流子浓度，称为反向饱和电流ICBO。通常ICBO非常小，它并不会对电流的放大作用有贡献。双极型晶体管的载流子传输过程根据传输过程可知:IE=IB+IC-----------------------------------------（式1）和IC=

7、ICN+ICBO-----------------------------------------（式2）集电结收集的电子流是发射结发射的总电子流的一部分，常用一系数α来表示，那么α=传输到集电极的电流/发射极注入电流，即α=ICN/IE，通常IC>>ICBO那么α≈IC/IE-----------------------------------------（式3）α为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关，一般α=0.9~0.99。设定β=IC/IB根据式1可得β=IC/(IE-IC)根据式3可得β=αIE/(1-

8、α)IE最终得到β=α/(1-α)β是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关，一般β>>1。反向击穿电压双极型晶体管两个pn