微电子器件(3-6)

qp
xjc xje
NBdx
,
或 R口B1
qp
1
WB 0
NBdx
非工作基区：指在发射区下方以外从表面到 xjc 处的基区，
也称为 无源基区 或 外基区 。
1
R口B2
qp
xjc 0
NBdx
为了降低 rcon 与 rcb ，通常对基极接触孔下的非工作基区进 行高浓度、深结深的重掺杂。
R口B3
圆环形基极结构的 rb’
Se 2
Ib (r) 0
r
Se 2
Ib (r)

4IB Se2
r2,
dr
段上的电阻为
dr
2 r
R口B1
,
Pb
Se 2
( 4IB
r2 )2
R口B1
dr
0
Se2
2 r

I
2 B
8
R口B1

I
2 B
rb
,
rb
1
8
R口B1
圆环形基极结构的 rcb 很小，可以忽略。
长 rb 宽 R口B2
双基极条结构的 rcon 与 rb
B d EdBl
Sb
Se
Sb
rcon

C 2l Sb
rb

d 2l
R口B2
圆环形基极条结构的 rcon 与 rb
Se dB dS
rcon

4C
(dS2 dB2 )
dr 段上的电阻为 dr
2 r R口B2 ,
rb
令： 得：
I
r2
B b

I
2 B
Se 12l
R口B1
rb

Se 12l
R口B1
双基极条结构的 rcb
IB 2
y 0 Sb
IB 2
y 0 Sb
Ib(y)
IB 2Sb
y,
Pcb
2
( Sb IB )2 y2 0 2Sb
R口B3 l
dy

I
2 B
Sb 6l
R口B3

I
r2
B cb
,
rcb

Sb 6l
Ib2 ( y)
dy l
R口B1

( IB Se
)2
y2
R口B1 l
dy
y Ib(y) 在有源基区内的功耗为
Pb
2
Se 2
0
( IB )2 y2 Se
R口B1 dy l

I
2 B
Se 12l
R口B1
Pb

I
2 B
Se 12l
R口 B1
根据等效电阻的概念，这个功率应该与集中电流 IB 在等效 电阻 rb’ 上的功耗 相等。
基极电阻，用 rbb’ 表示。由于基区很薄，rbb’ 的截面积很小，使 rbb’ 的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。
以下的分析以 NPN 管为例。
基极电阻 rbb’ 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 ) 基极接触下的基区电阻 rcb ( 3 ) 基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻 rb ( 4 ) 工作基区的电阻 rb’
这里的等效，是指 集中电流 IB 在等效电阻上消耗的功率 与 分布电流 Ib(y) 在相应的基区内消耗的实际功率 相等。
双基极条结构的 rb’
分布电流为
Ib ( y)

IB Se
y，
dy 段上的电阻为
dy l
R口B1
,
Se 2
Ib ( y) IB 2
0
Se 2
Ib(y) 在 dy 段电阻上的功耗为
rbb rcon rcb rb rb
3.6.1 方块电阻
对于均匀材料，
R口

L LW

W
1
W

1
qNW
对于沿厚度方向 ( x 方向 ) 不均匀的材料，
R口
1
W

1
W
0 dx q 0 Ndx
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:
测验三
1、某 NPN 晶体管的 0.99 ，试求该管的浮空电势。
2、试求该管当发射极开路集电结反偏时，基区中邻近发射 区一侧的少子浓度 nB(0) 是该处平衡少子浓度 nB0 的多少倍。
答案
1、VBE

kT q
ln(1 )

0.026 ln(1 0.99)

0.1197V
2、nB (0)
本节重难点
• 重点是利用方块电阻来计算基极电阻的方法和减小基极 电阻的各项措施。
• 难点是对等效电阻的理解。
小结
掌握方块电阻的定义、利用方块电阻来计算矩形 薄层材料的电阻的方法、欧姆接触电阻的计算、工作基区 与非工作基区的概念、减小基极电阻的措施。理解构成基 极电阻的各部分电阻在晶体管中的位置、影响欧姆接触电 阻的各种因素、以功率相等为标准的等效电阻的概念。
R

L
Wd

L d
R口
(方块个数） R口
I d
L
晶体管中各个区的方块电阻分别为：
xjc R口B2
xje R口E WB R口B1
发射区：
R口E
qn
1
xje 0
NEdx
工作基区：指正对着发射区下方的在 WB = xjc - xje 范围内的
基区，也称为 有源基区 或 内基区 。
1
R口B1
双基极条：
rbb

C 2lSb

Sb 6l
R口B3

d 2l
R口B2
Se 12l
R口B1
圆环行基极：
rbb

4C
(dS2 dB2 )

1
2
ln
dB Se
R口B2
1
8
R口B1
降低 rbb’ 的措施 （1）减小 R口B1 与 R口B2 ，即增大基区掺杂与结深，但这会 降低 β ，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。 （2）无源基区重掺杂, 以减小 R口B3 和 CΩ 。 （3）减小 Se 、Sb 与 d ，增长 l ， 即采用细线条，并增加 基极条的数目， 但这受光刻工艺水平和成品率的限制。
xj+c
N
+ B
R口B3
NE NB
NC
非工作基区的方块电阻为
R口B3
qp
1
N dx x+jc
+
0
B
3.6.2 rcon 与 rb
rcon

C A
式中， CΩ 为 欧姆接触系数 ，单位为Ω.cm2 ， 随半导体类型、 掺杂浓度及金属种类不同而不同，参见表 3-2 。 通常掺杂浓度
越高， 则 CΩ 越小。

nB0exp

qVBE kT


nB0
1


0.01nB0
3.6 基极电阻
Βιβλιοθήκη Baidu一. 概述
• 如图，基极电流为横向电流，基 区有一定浓度，且很薄，这个电 阻不可忽略。
• 基极电阻： 扩展电阻，包括基区体电阻和
基极电极引出线处接触电阻。
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
dB
2 Se
2
R口B2 dr
2 r
R口B2 ln dB
2 Se
3.6.3 rb’ 与 rcb
在产生电阻 rb’ 与 rcb 的基区内，基极电流是随距离变化的 分布电流 Ib(y) ，因此这个区域内的基极电阻是分布参数而不是 集中参数。但是对于了解一些现象的物理机理，以及对于一些 简化的工程计算及电路研究而言，可以采用 等效电阻 的概念。