电子科技大学《微电子器件》课件PPT微电子器件(3-10)

CTE↓
① ②
AE↓ ( NB↓(
l↓, s↓ ) 但会使
rbb’↑，VA↓)
要使 b↓，应： (1) WB↓( 但会使 rbb’↑，VA↓，且受工艺限制)
(2) η↑ ( 采用平面工艺 )
要使 d↓，应：xdc↓ →NC↑( 但会使 BVCBO↓, CTC↑)
要使 c↓，应：
(1) rcs↓
① ② ③
fT
rbb fT Le
2
CTC
3.10.3 高频晶体管的结构
由
M
fT
8 rbbCTC
可知，要提高 M ，应提高 fT ，降低 rbb’
和 CTC，因此应该采用由平面工艺制成的硅 NPN 管，并采用细
线条的多基极条和多发射极条结构。
l B E B E B ….…
S
提高 M 的各项具体措施及其副作用
除以上主要矛盾外，还存在一些相对次要的其它矛盾，在 进行高频晶体管的设计时需权衡利弊后做折衷考虑。
3.11 双极晶体管的开关特性
（自学）
3.12 SPICE 中的双极晶体管模型
（自学）
3.10 功率增益和最高振荡频率
3.10.1 高频功率增益与高频优值
利用上一节得到的共发射极高频小信号 T 形等效电路，可以 求出晶体管的高频功率增益。先对等效电路进行简化。
与 re 并联的 Cπ可略去，又因 re << rbb’ ，re 可近似为短路。
再来简化
Zc
Zcb
1 ω
,
1 Zcb
1 rμ
(3) 对 NC 的要求
减小 d 及 rcs 与减小 CTC及提高 BVCBO 对 NC 有矛盾的要求。
这可通过在重掺杂 N+ 衬底上生长一层轻掺杂 N- 外延层来缓解。 外延层厚度与衬底厚度的典型值分别为 10 m 与 200 m 。
总结以上可知，对高频晶体管结构的基本要求是：浅结、 细线条、无源基区重掺杂、N+ 衬底上生长 N- 外延层。
ec 已作用不大，而对 rbb’ 的增大作用却不变。同时工艺上的难
度也越来越大。
(2) 对 NB 的要求
减小 rbb’ 与减小 eb 及增大 β 对 NB 有相矛盾的要求。可通过
采用无源基区（非工作基区）重掺杂来缓解。这可降低 R口B3 ，
从而减小 rbb’ 中的 rcon 与 rcb ，但不会影响 eb 与β 。
功率。这时电流源 ωIb的电流中有一半流经负载。
|
Ic
||
ωIb
2
|
fT Ib 2f
Po max
| Ic |2
2
1 fTCTC
8
fT
I
2 b
CTC f
2
Pin
I
r2
b bb
于是可得 最大功率增益 为
K p max
Po max Pin8fT NhomakorabeabbCTC
f
2
可见， Kpmax 下降 6 分贝。
1 f2
N集ACC电↑↑((区但但厚会会度使使dCBcT↓VCC↑B)O↓,
CTC↑)
(2) CTC↓
① ②
AC↓ NC↓(
但会使
rcs↑)
几个主要矛盾
(1) 对 WB 的要求
rbb
1, WB
而 b
WB2
，故一般情况下应减小 WB
。但当
WB 减小到 b 不再是 ec 的主要部分时，再减小 WB 对继续减小
可见乘积 rbb’CTC 与 l 无关而与 s 2 成正比，所以高频晶体管 必须采用细线条。
要使 fT↑，应使 ec↓。由于
ec
eb
b
d
c
reCTE
WB2 2DB
2
1
1
xdc 2vmax
rcsCTC
要使 eb↓，应：
(1) re↓→IE↑(因
re
k，T 但受大注入等限制) qI E
(2)
，信号频率每加倍，Kpmax 降到 1/4 ，或
定义：功率增益与频率平方的乘积称为 高频优值，记为 M
M
K p max
f
2
fT
8 rbb CTC
高频优值也称为 功率增益-带宽乘积，是综合衡量晶体管的 功率 放大能力与 频率 特性的重要参数。
3.10.2 最高振荡频率
定义：当 Kpmax 下降到 1 时的频率 ，称为 最高振荡频率 ，
jCμ
j
re ro
CDE
CTC
jCTC
ω
0
1 j
f
0 fβ j fT
jf
f
fβ
1 Zc
1 ω
Zcb
1
j
fT f
jCTC
jCTC 2
fTCTC
可见，Zc 相当于电阻 2 fTCTC 1和电容 CTC 的并联。
于是原 T 形等效电路 经简化，并接上共轭匹配负载后，成为
当负载阻抗 ZL 等于 Zc 的共轭复数 Zc* 时，可得到最大输出
记为 fM 。
令
K p max
8
fT rbbCTC
fM2
1 ，可得
1
fM
8
fT rbbCTC
2
1
M2
在高频下，有时需要考虑发射极引线的寄生电感 Le 的影响。
这时 Kpmax 、fM 和 M 分别成为
Kpmax 8
fT
rbb fT Le
CTC f 2
1
1
fM M 2 8
要使 rbb’↓，应： (1) l↑ ( 因
rbb
1
)
l
(2) s↓ ( 因 rbb s，但受工艺水平限制 )
(3) R口B↓
① NB↑(但使β↓，CTE↑，BVEBO↓)
② WB↑(但使 b↑，β↓， fT↓)
要使 CTC↓，应： (1) AC↓ ( l↓, s↓)
(2) NC↓ ( 但使 d↑，rcs↑)