晶体三极管思考题

qDnB n pB 0 LnB 1 sinhWB / LnB
x WB
J nC
0．双极晶体管公式推导的补充
发射区少子分布:
x x1 PnE x P e 1 1 L pE 0 qDpE PnE qV / kT dpnE x 扩散电流 J e 1 pE qDpE dx L pE 集电区少子分布: P x P 0 e qVBC / kT 1 1 x x2 nC nC L pE 0 qDpC PnC qV / kT dpnC x 扩散电流: J e 1 pC qDpC dx L pC
I rE K1 qVBE / 2kT K e I nE ni I nE
1
势垒区复合电流
I rE eqVBE / 2kT
I nE eqVBE / kT

2) 发射区重掺杂效应: NB偏低? NE偏高? ※发射区禁带变窄 重掺杂时,杂质能级互相靠近形成能带,并与导带 交叠,使Eg变窄. Eg E g Eg 1/ 2 2 2 ni exp niE N C NV exp Eg N E kT kT
2. 基区少子浓度分布
J nB J nE q nB n pB ( x) EB qDnB
dnpB ( x) dx
J nB qDnB

WB
x
N B ( x)dx d N B ( x) n pB ( x)
x
WB
WB


x 1 W B
改进：LEC晶体管 基区陷落效应
0．双极晶体管公式推导的补充 对于共射电路: I (1 )I e 1 (1 )I e 1 I I e 1 I e 1
qVBE / kT qVBC / kT B ES R CS qVBE / kT qVBC / kT C ES CS
0 nE

qVBE / kT

BE


BC
0．双极晶体管公式推导的补充
4. 电流放大系数
1)发射结注入效率
I pE I nE I nE 1 I E I nE I pE I nE
0 nE 0 pB 1
J pE 1 J nE
1
0．双极晶体管公式推导的补充
J pE qDpE ni2e qVBE / kT

WE
J pE J pE e
'
E g / kT
0
N E ( x)dx
'
1
※
J pE J nE
R口E E g / kT 1 e R口B
俄歇复合增强 轻掺杂时,非平衡载流子主要通过复合中心进行复合;在重掺 杂时,俄歇复合大为增强.
※
b WB 1 e 1 1 2 2 nB LB
2 *
基区输运系数

WB 1 2 LB
2
3) 电流放大系数
R口E b R口E WB 2 R口B nB R口B LnB
2
1
R口E (1) R口B
(2)WB

2) 基区输运系数 ※ 基区渡越时间
WB
n pB ( x)
Qn Aq0 b I nE AJnE
WB 2 1 e nB ( x)dx 1 2 DnB
2
J nEWB 1 e qDnB
x 1 W B
qVBE / kT



考虑基区复合损失时:
WB x WB sinh n pB x n pB 0 sinh L L nB nB
J nB
J nB
x 0
J nE
qDnB n pB 0 coshWB / LnB LnB sinhWB / LnB
0
N B ( x)dx

WB
0
N B ( x)dx
0．双极晶体管公式推导的补充
发射区杂质缓变分布,类似有
J pE
qDpE ni2 (e qVBE / kT )

WE
0
N E ( x)dx
平面管集电区杂质均匀分布,有
J pC
4. 电流放大系数 1) 发射结注入效率
0 qDpC pnC
LpC
kT 1 dPpB ( x) kT 1 dNB ( x) EB q PpB ( x) dx q N B ( x) dx
基区杂质近似为指数分布: N B ( x) N B (0)e
杂质浓度为指数分布时,内建 电场是与x无关的常数:


WB
x
EB
kT q WB
0．双极晶体管公式推导的补充
e
qVBC / kT
1

1
J pE J nE
W pB 0 N B ( x)dx R口E 1 1 1 W W DnB 0 N E ( x)dx nE 0 N E ( x)dx R口B
D pE 0 B N B ( x)dx
E
W
B
E
0．双极晶体管公式推导的补充
4.
基区宽变效应: 由于外加电压的变化引起有效基区宽度变化的现象, 也称厄尔利(Early)效应.
I C AE J nE
I C VCE
AqDnB ni2
VBE
dWB I C WB dV N B ( x)dx CE N B (WB )
0

WB
e
qVBE / kT
例1：已知在一理想晶体管中，各电流成分为： IEp=3mA、IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、 ICn=0.001mA。 试求出下列各值：(a)发射效率；(b)基区输运系 数T；(c)共基电流增益0；(d)ICBO。 例2：一个理想的p+-n-p晶体管，其发射区、基 区和集电区的掺杂浓度分别为1019cm-3、1017cm3和5×1015cm-3，而寿命分别为10-8s、10-7s和106s，假设有效横截面面积A为0.05mm2，且射基 结正向偏压在0.6V，试求晶体管的共基电流增 益。其他晶体管的参数为DE=1cm2/s、 Dp=10cm2/s、DC=2cm2/s、W＝0.5μm。
0．双极晶体管公式推导的补充
2. 对均匀基区晶体管的几个假设 (1)发/集结都是突变结,各区杂质均匀均匀分布; (2)发/集区长度远大于少子扩散长度,两端少子浓度等于平衡值;
(3)势垒区宽度远小于少子扩散长度,忽略势垒区中的复合作用;
(4)外加电场都降落在势垒区; (5)晶体管是一维的,发/集结是平行面; (6)基区小注入.
0．双极晶体管公式推导的补充
WB I nC J nC 1 sec h L I nE J nE cosh WB nB LnB 2
*
2) 集区输运系数
WB 1 2 2 LnB
QnB
※
电荷控制法求集区输运系数
IVB
nB
AqWB
n pB (0) n0 pB 2 nB
n pB ( x)
3.
J nB 1 qDnB N B ( x) x
x J W 1 e WB N B (0)e dx nB B qDnB
少子电流密度
J nE J nB
qDnB N B (0) n pB (0)

WB

qDnB ni2 (e qVBE / kT 1)
I CEO
1
(1 ) I CBO
1) ICBO:发射极开路、集电结反偏时,集-基极间的反向电流.
I E I ES e

qVBE / kT
1 R ICS e
VBE


qVBC / kT
1

kT ln(1 ) q
2) IEBO:集电极开路、发射电结反偏时,基-射极间的反向电流.

内建电场对少子是加速场,使基区渡越时间大为缩短

2 2 WB 2 1 e WB WB WB b 1 2 DnB DnB EB vd DnB kT EB q WB nB WB
足够大时
0．双极晶体管公式推导的补充
I EBO (1 R ) I ES
0．双极晶体管公式推导的补充
3) ICEO:基极开路、集电结反偏时,集-射极间的反向电流. 2. 击穿电压
I C I E I CBO
1) BVCBO:发射极开路时,集-基极间的击穿电压,又称共基极(雪崩)击 穿电压. BVEBO:集电极开路时,射-基极间的击穿电压,又称发射结击穿电压. 共基电路中:
Qn I nE b
Qn WB2 b I nE 2 DnB
b WB2 WB2 * 1 2 1 1 2LnB 2DnB nB nB
3) 均匀基区晶体管短路电流放大系数
R口E b R口E b 1 R 1 1 R 口B nB nB 口B
WB
QnB
1 qA n pB (0) n 0 WB pB 2


I nE AqDnB
n pB (0) n0 pB
IVB WB2 WB2 2 I nE 2 nB DnB 2LnB
0．双极晶体管公式推导的补充
※ 集区渡越时间 定义:少子在基区从发射结渡越到集电结所需要的平均时间,记为 在t=0 到t= b 这段时间内,注入到基区中的少子电荷为 Qp ,即:
1
提高晶体管电流放大系数的主要措施:
(3)
(4) nB
0．双极晶体管公式推导的补充
5. 影响电流放大系数的一些因素 1) 发射结势垒区复合的影响-小电流效应

I nE
I nE I rE 1 I pE I rE I nE I nE I pE
R K 1 口E R I nE 口B
1

0
N B ( x)dx
IC 1 V r0 EA
VEA WB /
dxp dVCB

2WB VBaidu Nhomakorabeai VBC xp
0．双极晶体管公式推导的补充
1. 晶体管的反向电流 不受输入端电流控制,对放在无贡献,有功耗. I CBO
I CBO (1 R ) I CS
应该掌握的知识
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*
0．双极晶体管公式推导的补充
缓变基区晶体管的电流放大系数
1. 基区内建电场的形成 空穴浓度的不均匀性导致空穴的扩散,产 生电场,类似pn结自建电场的形成,平衡时空穴电流密度为零.
J pB qDpB
dppB ( x) dx
q pB p pB ( x) EB 0
PpB ( x) N B ( x)
1

1
DpE p / LpE DpE N BWB 1 1 D N L DnB n / WB nB E pE
D pB N BWB 1 DnE N E LpE
pB N BWB R口E 1 1 nE N E LpE R口B
0．双极晶体管公式推导的补充
3. 晶体管的电流密度
基区少子分布:
扩散电流:
J nB
x n pB x n e 1 1 W dnpB x qDnB n0 B qVBE / kT pB J nE qDnB e 1 dx WB
0 pB