第4章双极型晶体管的功率特性精品PPT课件
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双极型晶体管知识讲座(ppt 52页)
2.晶体管的电流分配
③③hfb(与)与h之f=e(1间)－之的间的关关系系
联立下面三式可求出此关系式：
iC= iB iC= iE iE = iC + iB 请同学们自己推导
N
P
IEP
e IE
－ IEN
IBN
VEE
空穴
+ IB b
电子
N
IC c + ICVBOCC
电流方向
IE = IB + IC
二、晶体管的电流分配 基极电流IB: 基极电流主要由基
与放大作用
区的空穴 与从发射区扩散 过来的
1.晶体管各PN结电压连 电子复合而成。同时电源VEE又不
接的一般特性
断地从基区中把电子拉走, 维持基
2.晶体管的电流分配
区有一定数量的空穴。
N
P
IEP
e IE
－ IEN
IBN
VEE
空穴
+ IB b
电子
N ICN
大功 率低 频三 极管
中功 率低 频三 极管
小功 率高 频三 极管
•2 返回
本 半导体三极管的结构
节
学学 晶 体 三 极 管 的 放 大 原 理 习习 要要 共 射 电 路 输 入 特 性 曲 线 的 意 义 点点 和 共射电路输出特性曲线的意义
要
求 晶体三极管常用参数的意义
•3 返回
一、晶体管结构简介
小的信号(如微小变化的电压、微小变
3.放大作用 (1)共射极放大电路
(2)共射电路的电压放大
化的电流）转换成较大变化的信号。 要使三继续极管有放大作返用回,必须与一些阻 容元输件出按电一流定变的化方量式为连接成电路,称为
③③hfb(与)与h之f=e(1间)－之的间的关关系系
联立下面三式可求出此关系式：
iC= iB iC= iE iE = iC + iB 请同学们自己推导
N
P
IEP
e IE
－ IEN
IBN
VEE
空穴
+ IB b
电子
N
IC c + ICVBOCC
电流方向
IE = IB + IC
二、晶体管的电流分配 基极电流IB: 基极电流主要由基
与放大作用
区的空穴 与从发射区扩散 过来的
1.晶体管各PN结电压连 电子复合而成。同时电源VEE又不
接的一般特性
断地从基区中把电子拉走, 维持基
2.晶体管的电流分配
区有一定数量的空穴。
N
P
IEP
e IE
－ IEN
IBN
VEE
空穴
+ IB b
电子
N ICN
大功 率低 频三 极管
中功 率低 频三 极管
小功 率高 频三 极管
•2 返回
本 半导体三极管的结构
节
学学 晶 体 三 极 管 的 放 大 原 理 习习 要要 共 射 电 路 输 入 特 性 曲 线 的 意 义 点点 和 共射电路输出特性曲线的意义
要
求 晶体三极管常用参数的意义
•3 返回
一、晶体管结构简介
小的信号(如微小变化的电压、微小变
3.放大作用 (1)共射极放大电路
(2)共射电路的电压放大
化的电流）转换成较大变化的信号。 要使三继续极管有放大作返用回,必须与一些阻 容元输件出按电一流定变的化方量式为连接成电路,称为
半导体器件物理(第四章 双极型晶体管及其特性)
4.1 晶体管结构与工作原理 三极电流关系
I E I B IC
对于NPN晶体管，电子电流是主要成分。电子从发射极出发，通 过发射区到达发射结，由发射结注入到基区，再由基区输运到集电结 边界，然后又集电结收集到集电区并到达集电极，最终称为集电极电 流。这就是晶体管内部载流子的传输过程。 电子电流在传输过程中有两次损失：一是在发射区，与从基区注 入过来的空穴复合损失；而是在基区体内和空穴的复合损失。因此
* 0
可见，提高电流放大系数的途径是减小基区平均掺杂浓度、减 薄基区宽度Wb以提高RsB，提高发射区平均掺杂浓度以减小RsE。另外， 提高基区杂质浓度梯度，加快载流子传输，减少复合；提高基区载 流子的寿命和迁移率，以增大载流子的扩散长度，都可以提高电流 放大系数。
4.2 晶体管的直流特性 4.2.1 晶体管的伏安特性曲线 1.共基极晶体管特性曲线
' ine 1 jCTe 1 ine re 1 jCTe 1 jreCTe
re in e
iCTe
' in e
交流发射效率
1 0 1 jre CTe
CTe
re CTe e
发射极延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
2．发射结扩散电容充放电效应对电流放大系数的影响
虽然共基极接法的晶体管不能放大电流，但是由于集电极可以 接入阻抗较大的负载，所以仍然能够进行电压放大和功率放大。
4.1 晶体管结构与工作原理
（2）共发射极直流电流放大系数
IC 0 IB
（3）α0和β0的关系
C
IC
N
IB
B
I IC I I 0 C C E 0 I B I E IC 1 IC I E 1 0
《双极晶体管》课件
2 NPN型和PNP型晶体
管的区别
NPN型和PNP型晶体管的 区别在于掺杂和电流流动 方向的差异，每种类型在 电路中有其独特的应用。
3 双极晶体管的放大和
开关特性
双极晶体管可用作信号放 大器，在线性区域工作时 放大弱信号；在饱和和截 断状态下可用作开关。
双极晶体管的使用建议
选择适合的双极晶体 管参数
双极晶体管可以用于放大弱信号、调整电路增益和频率响应，并具有小尺寸、可靠性和高效 能的特点。
双极晶体管的种类和应用领域
双极晶体管根据结构和材料的不同分为多种类型，广泛应用于电子设备、通信系统、功放等 领域。
双极晶体管的原理
1 双极晶体管的结构和
工作原理
双极晶体管由P型和N型半 导体材料构成，基于PN结 的正向和反向偏置来控制 电流流动。
《双极晶体管》PPT课件
在这个《双极晶体管》PPT课件中，我们将介绍双极晶体管的基本知识，包括 其作用、结构、工作原理、种类和应用领域等。让我们一起探索这一引人入 胜的电子元器件！
产品介绍
什么是双极晶体管
双极晶体管是一种常见的电子元器件，通过控制电流来实现信号的放大和开关功能。
双极晶体管的作用和特点
根据电路需求选择合适的电流 增益、频率响应和功率特性等 参数的双极晶体管。
双极晶体管的使用注 意事项
遵循正确的极性、电压和电流 要求，确保双极晶体管正常工 作且不受损。
如何正确布局和布线 双极晶体管电路
合理安排双极晶体管的位置和 连接，避免干扰和不Байду номын сангаас要的电 路耦合。
双极晶体管的发展趋势
集成电路
无线通信
双极晶体管的集成电路已经成为 现代电子产品中的重要组成部分， 实现更小型化、高性能和多功能。
半导体器件物理-双极型晶体管功率特性PPT35页
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体器件物理-双极型晶体管功率特性
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
45、自己的饭量自己知道。——苏联
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体器件物理-双极型晶体管功率特性
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
4-双极晶体管-精品文档230页
However, BJT’s refuse to step down because of their high current drive capability and superior analog performance (also useful in power applications)
life time of minority carriers, respectively. The general solution is
p nx p n C 1 e xL p C 2 e xL p
Where Lp Dpp is the diffusion length of holes.
When IE=0, the device is cutoff, IC is the reverse leakage current of the CBJ. Note that IC≠0 for VCB=0. The current is contributed by IE if the BEJ is forward biased.
forward reverse forward reverse
C-B reverse forward
forward reverse
Mode
active inverted saturation cutoff
An idealized p-n-p transistor in thermal equilibrium, that is ,where all there leads are connected together or all are ground.
1. The device has uniform doping in each region.
life time of minority carriers, respectively. The general solution is
p nx p n C 1 e xL p C 2 e xL p
Where Lp Dpp is the diffusion length of holes.
When IE=0, the device is cutoff, IC is the reverse leakage current of the CBJ. Note that IC≠0 for VCB=0. The current is contributed by IE if the BEJ is forward biased.
forward reverse forward reverse
C-B reverse forward
forward reverse
Mode
active inverted saturation cutoff
An idealized p-n-p transistor in thermal equilibrium, that is ,where all there leads are connected together or all are ground.
1. The device has uniform doping in each region.
《双极型晶体管》课件
作。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
《双极型晶体管》课件
双极型晶体管的种类
种类
根据结构和工作原理的不同，双极型晶体管可分为NPN型和 PNP型两大类，每种类型又有多种不同的器件结构和用途。
应用领域
双极型晶体管广泛应用于电子设备、通信、计算机、家电等 领域，作为信号放大、开关、稳压、震荡等电路的核心元件 。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
基极电流（Ib）
封装与测试
封装形式
双极型晶体管有多种封装形式，如TO-92 、TO-220等，根据应用需求选择合适的 封装形式。
VS
测试方法
对双极型晶体管进行电气性能测试，如电 流放大倍数、集电极电阻等，以确保其性 能符合要求。
05
双极型晶体管的展望
新材料的应用
硅基材料
继续优化硅基双极型晶体管性能，探索更高 频率、更高功率密度和更低噪声的晶体管。
01
导通状态
当基极输入足够大的电流时，晶体 管进入饱和导通状态。
开关速度
晶体管在导通和关断状态之间切换 的速度。
03
02
关断状态
当基极输入负偏置电压或无电流时 ，晶体管处于截止状态。
延迟时间
从基极输入信号到晶体管完全导通 所需的时间。
04
03
双极型晶体管的应用
放大器
总结词
双极型晶体管具有电流放大作用，是放大器中的核心元件。
工作原理
双极型晶体管利用电子和空穴两种载 流子参与导电，通过控制基极电流来 调节集电极和发射极之间的电流，实 现信号放大、开关等作用。
双极型晶体管的结构
结构
双极型晶体管由半导体材料制成，通 常采用NPN或PNP结构，由三个区域 （基区、集电区和发射区）和三个电 极组成。
第四章--双极型晶体管的功率特性
I nE A Eq D nB (1
n B (0) n (0) ) B N B n B (0) W B
可得大注入下体内复合项
I vB WB2 n (0) / N B 2 [1 B ] I nE 2 LnB 2n B (0) / N B
大注入下基区表面复合电流
I SR A S q S n B (0)
双极型晶体管的功率特性
在大注入情况下， B ( x) N B ( x) ，上式又可简化为 n
2n B ( x) dnB ( x) η J nE n B ( x) n B ( x) 0 N B( X ) dx WB qDnB N B( x)
或为
dnB ( x) η N B ( 0) e dx 2W B
南京邮电大学电子科学与工程学院 半导体器件物理 双极型晶体管的功率特性6
双极型晶体管的功率特性
dnB n B (0) , n B (0) 为基区边界x = 0处电子浓度。 即 dx WB
n 又由于大注入下， B N B ，所以，上式变为
n b (0) J nE q(2 D nB ) WB
将此代入上式
南京邮电大学电子科学与工程学院 半导体器件物理 双极型晶体管的功率特性4
双极型晶体管的功率特性
kT 1 d E ( N B nB ) q N B nB dx kT q NB dnB 1 dN B 1 N B nB dx N B nB N B dx
η x WB
]
η x WB
qDnB n B ( x) qDnB N B(0) η 1 x (1 ) [e e 2 J nEW B 2 WB 2 J nEW B
《双极型功率晶体》课件
双极型功率晶体在基极上允许的最大直流电流，超过此值会导致晶 体性能下降。
交流参数
放大倍数
双极型功率晶体作为放大器使用时，输入信号在集电极输出的放 大倍数。
截止频率
双极型功率晶体在规定频率下，基极输入信号无法使晶体导通的 最大频率。
特征频率
双极型功率晶体在某频率下，其电流放大倍数降为1时的频率。
频率参数
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
04
电流放大原理
1 2
基极注入少数载流子
在基极区域注入少数载流子，这些载流子在集电 极电压作用下漂移并积累，形成集电极电流。
集电极收集多数载流子
集电极收集从基极注入的多数载流子，形成集电 极电流。
3
放大倍数
电流放大倍数定义为集电极电流与基极电流之比 。
频率特性
频率响应
截止频率
双极晶体管的工作频率受到其内部电荷传 输时间的影响。
可靠性提升
通过不断改进制造工艺和材料，双极 型功率晶体的可靠性得到了显著提升 。
应用领域
工业控制
双极型功率晶体在工业控制领域中广泛应用于电机驱动、自动控 制系统等。
汽车电子
在汽车电子领域，双极型功率晶体主要用于汽车点火系统、发动机 控制系统等。
通信与信息科技
在通信与信息科技领域，双极型功率晶体用于通信设备的信号放大 和处理，以及雷达、卫星通信等高端应用。
01
02
03
小型化
随着电子设备需求的增加 ，双极型功率晶体正在向 更小、更轻便的方向发展 。
高效能
为了满足不断增长的能源 需求，双极型功率晶体正 在追求更高的转换效率和 输出功率。
集成化
交流参数
放大倍数
双极型功率晶体作为放大器使用时，输入信号在集电极输出的放 大倍数。
截止频率
双极型功率晶体在规定频率下，基极输入信号无法使晶体导通的 最大频率。
特征频率
双极型功率晶体在某频率下，其电流放大倍数降为1时的频率。
频率参数
2023
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04
电流放大原理
1 2
基极注入少数载流子
在基极区域注入少数载流子，这些载流子在集电 极电压作用下漂移并积累，形成集电极电流。
集电极收集多数载流子
集电极收集从基极注入的多数载流子，形成集电 极电流。
3
放大倍数
电流放大倍数定义为集电极电流与基极电流之比 。
频率特性
频率响应
截止频率
双极晶体管的工作频率受到其内部电荷传 输时间的影响。
可靠性提升
通过不断改进制造工艺和材料，双极 型功率晶体的可靠性得到了显著提升 。
应用领域
工业控制
双极型功率晶体在工业控制领域中广泛应用于电机驱动、自动控 制系统等。
汽车电子
在汽车电子领域，双极型功率晶体主要用于汽车点火系统、发动机 控制系统等。
通信与信息科技
在通信与信息科技领域，双极型功率晶体用于通信设备的信号放大 和处理，以及雷达、卫星通信等高端应用。
01
02
03
小型化
随着电子设备需求的增加 ，双极型功率晶体正在向 更小、更轻便的方向发展 。
高效能
为了满足不断增长的能源 需求，双极型功率晶体正 在追求更高的转换效率和 输出功率。
集成化
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14
图4-3 1/随Ie的变化[14]
• 在小电流下，大注入自建电场的作用使基区输运系数 增加（极限2倍）
• 在大电流下，基区电导调制效应引起发射效率下降（起
主要作用）
15
五，大注入对基区渡越时间的影响
缓变基区中，大注入自建电场的作用破坏了缓变基区自建电场，在特 大注入时，基区少子完全受大注入自建电场的作用，和均匀基区情况 一样，扩散系数增大一倍。基区渡越时间都趋于Wb2/4Dnb
Wb’
图X-5 均匀基区晶体管的有效基区扩展
大电流下，大量q空N穴D 流q过N空D p 间电荷区，不再q满N足A 耗q尽N层A p
近似 正电荷区电荷密度 负电荷区电荷密度
结上电压VC不变，则电场强 度 曲 线 包 围 面 积 不 变 ， 于 18
4.2 有效基区扩展效应
2.缓变基区晶体管的有效基区扩展效应
16
4.2 基区扩展效应
有效基区扩展效应是引起大电流下晶体管电 流放大系数下降的另一重要原因。
因系大电流下集电结空间电荷分布情况发生
变化而造成的 下降(以及fT下降)，因此又
称为集电结空间电荷区电荷限制效应。 所对应的最大电流称为空间电荷限制效应限
制的最大集电极电流。 由于合金管与平面管集电结两侧掺杂情况不
=
Wb2 2L2nb
[ 1 nb (0) 1 2 nb (0)
Nb Nb
]
（4-22）
第四项：基区表面复合项，表示基区表面复合电流与
发射极电子电流之比。将式(4-23)与式(4-21)相比，即
可得到大注入下基区表面复合项 。
Irs = As q Snb ( x2 ) = AS qnb0 (eqVeb kT 1)
区多子——空穴
小注入下，基区电阻率为
B
1
q pB N B
(4 -16)
大注入下，pB = NB p = NB n，基区电阻率
' B
=
1
qnB (NB
n)
=
B
NB NB n
(4 -17)
10
四，基区大注入对电流放大系 数的影响
1
0
=
EWB B LpE
xmWB pB0 2 L2nB ni
e qVeb
5
6
7
a图以电场因子h为参量； b图给出了h=8时归一化电子浓度分布随
电流密度的变化，其中δ=JneWb /qDnbNb(0)
表示归一化电流密度。
J ne
=
2qDnb
nb (0) Wb
8
结论：大注入对缓变基区晶体管基区电子及其电流密 度的影响与对均匀基区晶体管的相似。 这是因为在大注入条件下的缓变基区中，大注入 自建电场对基区多子浓度梯度的要求与基区杂质电离 以后形成的多子浓度梯度方向是一致的，这时杂质电 离生成的多子不再象小注入时那样向集电结方向扩散 并建立缓变基区自建电场，而是按照基区大注入自建 电场的要求去重新分布。 因此，不同电场因子的缓变基区在大注入下有相 同的电子浓度分布。可以说，在大注入情况下，大注 入自建电场取代（掩盖）了由于杂质分布不均匀所形 成的电场（缓变基区自建电场）。
9
三，基区电导调制效应
可见注，入非载平衡流少子子以浓及度为的变维化持引电起中基性区电而阻增率加的的变化多（子调使制）
实际得上基，区引电起电阻阻率率显变著化下的因降素，包并括且高电浓阻度的（非导平）衡率少随子，但 作为注基入区水电平导调变制化效，应称影为响基电流区放电大导系调数制（效发射应效率）的是基
对于平面管（以n+-p-n-n+为例），其基区杂质浓 度高于集电区，集电结空间电荷区主要向集电区一侧 扩展。当大量载流子——电子穿过集电结空间电荷区时， 引起另一种类型的有效基区扩展效应。
Irs = SASWb [ Nb nb (0) ] Ine Ae Dnb N b 2nb (0)
（4-24）
13
1
0
=
eWb b Lpe
[1
nb (0)] Nb
Wb2 2L2nb
[ 1 nb (0) 1 2nb (0)
Nb ] Nb
SASWb [ Nb nb (0) ] Ae Dnb Nb 2nb (0)
同，空间电荷区内的电荷分布及改变规律不 同，对电流的影响也不同。
17
4.2 有效基区扩展效应
1.均匀基区晶体管的有效基区扩展效应
P+ n
均基区晶体管（合金管）
单边突变结近似
空间电荷区主要向基区侧扩 展
P+
小电流qN下D ，xn 按= 耗qN尽A x层p 近似，
有
xn Xn”
0 xp
Wb
Wcib
kT
WB2 2L2nB
SASWB AE DnB
(4 -18b)
势垒复合项
表面复合项
发射效率项
基区输运（体复合）项
11
表示发射结势垒复合的第二项在大注入下可以忽略，故 只需讨论其余三项在大注入下如何变化。
第一项：小注入时的发射效率项。大注入下基区电阻率 的变化使发射效率项变为
EWB
' B
LpE
=
EWB B LpE
(1
n )
NB
（4-19）
第三项：体复合项，它表示基区体复合电流IvB与发射 极注入的电子电流InE之比。若基区电子寿命为tnB，则
I VB
=
AEqWBnB (0)
2t nB
（4-20）
12
J ne
=
qDnb
nb (0) [1 Wb
nb (0) ] Nb nb (0)
xp =0
IVb I ne
（4-25）
都很大
这里用基区边界的注入电子浓度近似代表整个基区内的注入电子浓度。
由于基区电导调制效应，相当于基区掺杂浓度增大，穿 过发射结的空穴电流分量增大，使g降。 第二项、第三 项表明，由于大注入下基区电子扩散系数增大一倍，可 视为电子穿越基区的时间缩短一半，复合几率下降，所 以使体内复合和表面复合均较小注入时减少一半。
2
4.1 基区大注入效应对电流放 大系数的影响
p B nB
xn
p pB
p p0
n pB
n p0
(a)小 注 入 时 基 区 少 子 分 布
p B n B
xn
E
p pB
p p0
n pB
n p0
(b)大 注 入 时 的 基 区 少 子 分 布
基区电导调制效应和自建电场
3
一，大注入自建电场
4
二，大注入下基区少子分布及电流特性
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微电子器件原理
第4章 双极型晶体管的功率特性
1
第4章 双极型晶体管的功率特性
大功率晶体管工作在高电压和大电流条 件下，电流增益和特征频率等比直流情 况下会显著下降；
本章将讨论影响功率特性的最大电流、 最高电压、最大耗散功率、二次击穿等。
图4-3 1/随Ie的变化[14]
• 在小电流下，大注入自建电场的作用使基区输运系数 增加（极限2倍）
• 在大电流下，基区电导调制效应引起发射效率下降（起
主要作用）
15
五，大注入对基区渡越时间的影响
缓变基区中，大注入自建电场的作用破坏了缓变基区自建电场，在特 大注入时，基区少子完全受大注入自建电场的作用，和均匀基区情况 一样，扩散系数增大一倍。基区渡越时间都趋于Wb2/4Dnb
Wb’
图X-5 均匀基区晶体管的有效基区扩展
大电流下，大量q空N穴D 流q过N空D p 间电荷区，不再q满N足A 耗q尽N层A p
近似 正电荷区电荷密度 负电荷区电荷密度
结上电压VC不变，则电场强 度 曲 线 包 围 面 积 不 变 ， 于 18
4.2 有效基区扩展效应
2.缓变基区晶体管的有效基区扩展效应
16
4.2 基区扩展效应
有效基区扩展效应是引起大电流下晶体管电 流放大系数下降的另一重要原因。
因系大电流下集电结空间电荷分布情况发生
变化而造成的 下降(以及fT下降)，因此又
称为集电结空间电荷区电荷限制效应。 所对应的最大电流称为空间电荷限制效应限
制的最大集电极电流。 由于合金管与平面管集电结两侧掺杂情况不
=
Wb2 2L2nb
[ 1 nb (0) 1 2 nb (0)
Nb Nb
]
（4-22）
第四项：基区表面复合项，表示基区表面复合电流与
发射极电子电流之比。将式(4-23)与式(4-21)相比，即
可得到大注入下基区表面复合项 。
Irs = As q Snb ( x2 ) = AS qnb0 (eqVeb kT 1)
区多子——空穴
小注入下，基区电阻率为
B
1
q pB N B
(4 -16)
大注入下，pB = NB p = NB n，基区电阻率
' B
=
1
qnB (NB
n)
=
B
NB NB n
(4 -17)
10
四，基区大注入对电流放大系 数的影响
1
0
=
EWB B LpE
xmWB pB0 2 L2nB ni
e qVeb
5
6
7
a图以电场因子h为参量； b图给出了h=8时归一化电子浓度分布随
电流密度的变化，其中δ=JneWb /qDnbNb(0)
表示归一化电流密度。
J ne
=
2qDnb
nb (0) Wb
8
结论：大注入对缓变基区晶体管基区电子及其电流密 度的影响与对均匀基区晶体管的相似。 这是因为在大注入条件下的缓变基区中，大注入 自建电场对基区多子浓度梯度的要求与基区杂质电离 以后形成的多子浓度梯度方向是一致的，这时杂质电 离生成的多子不再象小注入时那样向集电结方向扩散 并建立缓变基区自建电场，而是按照基区大注入自建 电场的要求去重新分布。 因此，不同电场因子的缓变基区在大注入下有相 同的电子浓度分布。可以说，在大注入情况下，大注 入自建电场取代（掩盖）了由于杂质分布不均匀所形 成的电场（缓变基区自建电场）。
9
三，基区电导调制效应
可见注，入非载平衡流少子子以浓及度为的变维化持引电起中基性区电而阻增率加的的变化多（子调使制）
实际得上基，区引电起电阻阻率率显变著化下的因降素，包并括且高电浓阻度的（非导平）衡率少随子，但 作为注基入区水电平导调变制化效，应称影为响基电流区放电大导系调数制（效发射应效率）的是基
对于平面管（以n+-p-n-n+为例），其基区杂质浓 度高于集电区，集电结空间电荷区主要向集电区一侧 扩展。当大量载流子——电子穿过集电结空间电荷区时， 引起另一种类型的有效基区扩展效应。
Irs = SASWb [ Nb nb (0) ] Ine Ae Dnb N b 2nb (0)
（4-24）
13
1
0
=
eWb b Lpe
[1
nb (0)] Nb
Wb2 2L2nb
[ 1 nb (0) 1 2nb (0)
Nb ] Nb
SASWb [ Nb nb (0) ] Ae Dnb Nb 2nb (0)
同，空间电荷区内的电荷分布及改变规律不 同，对电流的影响也不同。
17
4.2 有效基区扩展效应
1.均匀基区晶体管的有效基区扩展效应
P+ n
均基区晶体管（合金管）
单边突变结近似
空间电荷区主要向基区侧扩 展
P+
小电流qN下D ，xn 按= 耗qN尽A x层p 近似，
有
xn Xn”
0 xp
Wb
Wcib
kT
WB2 2L2nB
SASWB AE DnB
(4 -18b)
势垒复合项
表面复合项
发射效率项
基区输运（体复合）项
11
表示发射结势垒复合的第二项在大注入下可以忽略，故 只需讨论其余三项在大注入下如何变化。
第一项：小注入时的发射效率项。大注入下基区电阻率 的变化使发射效率项变为
EWB
' B
LpE
=
EWB B LpE
(1
n )
NB
（4-19）
第三项：体复合项，它表示基区体复合电流IvB与发射 极注入的电子电流InE之比。若基区电子寿命为tnB，则
I VB
=
AEqWBnB (0)
2t nB
（4-20）
12
J ne
=
qDnb
nb (0) [1 Wb
nb (0) ] Nb nb (0)
xp =0
IVb I ne
（4-25）
都很大
这里用基区边界的注入电子浓度近似代表整个基区内的注入电子浓度。
由于基区电导调制效应，相当于基区掺杂浓度增大，穿 过发射结的空穴电流分量增大，使g降。 第二项、第三 项表明，由于大注入下基区电子扩散系数增大一倍，可 视为电子穿越基区的时间缩短一半，复合几率下降，所 以使体内复合和表面复合均较小注入时减少一半。
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4.1 基区大注入效应对电流放 大系数的影响
p B nB
xn
p pB
p p0
n pB
n p0
(a)小 注 入 时 基 区 少 子 分 布
p B n B
xn
E
p pB
p p0
n pB
n p0
(b)大 注 入 时 的 基 区 少 子 分 布
基区电导调制效应和自建电场
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一，大注入自建电场
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二，大注入下基区少子分布及电流特性
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第4章 双极型晶体管的功率特性
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第4章 双极型晶体管的功率特性
大功率晶体管工作在高电压和大电流条 件下，电流增益和特征频率等比直流情 况下会显著下降；
本章将讨论影响功率特性的最大电流、 最高电压、最大耗散功率、二次击穿等。