半导体器件物理I复习笔记

精心整理

半一复习笔记

By潇然

2 1.1平衡PN结的定性分析

1.pn结定义：在一块完整的半导体晶片（Si、Ge、GaAs等）上，用适当的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p型半导体，则在两种半导体的交界面附近就形成了pn结

2.缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结

3.

4.

1.2

1.

2.

1.4

1.

(1)

(2)

(3)

(4)

2.

1.5

1.

2.

1.6

1.

2.扩散电容

1.7势垒电容

在考虑正偏时耗尽层近似不适用的情况下，大致认为正偏时势垒电容为零偏时的四倍，即

1.8扩散电容

定义：正偏PN结内由于少子存储效应而形成的电容

1.9PN结的瞬态

1.10PN结击穿

1.雪崩击穿

(1)定义：在反向偏压下，流过pn结的反向电流，主要是由p区扩散到势垒区中的电子电流和由n区扩散到势垒区中的空穴电流所组成。当反向偏压很大时，势垒区中的电场很强，在势垒区内的电子和空穴受到强电场的漂移作角，具有很大的动能，它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时，能把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。

(2)击穿电压

，与NB成反比，意味着掺杂越重，越容易击穿；

(3)

(4)

(5)

2.

(1)

(2)

(3)

2.1BJT

2.2BJT

1.

①In（X1

②IE=Inγ0

③In（X2

的复合电流之和；此处可推导αT0

2.发射结的发射效率γ0

对于NPN型晶体管，γ0定义为注入基区的电子电流与发射极总电流之比，即有

（定义）

代入Ip（X1）（B区空穴注入E区扩散电流）以及In（X2）（E区电子注入B区电子电流），得下式

3.基区输运系数αT0

对于NPN晶体管，定义为到达集电结边界X3的电子电流In(X3)与注入基区的电子电流In(X2)之比，即有

（定义）

代入复合电流与E→B电子的扩散电流，再利用扩散系数与扩散长度的关系消去寿命τ

2.3非均匀基区晶体管的直流电放大系数

1.形成过程：以NPN晶体管为例，在B区内，人为令靠近E区的部分掺杂浓度高，靠近C区的部分掺杂浓度低→产生浓度差，多子空穴从左扩散至右→左边空穴浓度低于杂质浓度，带负电荷；右边空穴浓度高于杂质浓度，带正电荷→产生向左的电场→电场强度一直增强，直到空穴的扩散运动强度等于漂移运动强度

2.目的：少子在基区中不但有扩散运动，还有漂移运动，甚至以漂移运动为主→缩短少子的基区渡越时间，

3.E→已知

4.

0时（即5.

2.4

1.

3.Webster效应（BaseConductanceModulation/基区电导调制效应）——基区大注入

定义、影响：当VBE较大、注入电子时→基区中也有大量的空穴积累(并维持与电子相同的浓度梯度),这相当于增加了基区的掺杂浓度,使基区电阻率下降~基区电导调制效应→IEp增大→注射效率γ降低，β0下降注：是引起大电流β0下降的主要原因

4.Kirk效应（BasePushOut/基区展宽效应）——发射区大注入效应

①定义：在大电流时，基区发生展宽的现象

②过程

①是小注入，③是注入的电子正好中和集电区一边的正空间电荷

③影响：a.基区存储少子电荷增加b.β0下降c.频率特性变差（严重影响高频特性）

④措施：提高NC、设定最大Ic等

5.发射极电流集边效应——使大注入加剧

①定义：发射极电流集中在发射极的边缘

②原因：基极电阻引起横向电压→E极输入电流密度由边缘至中央指数下降→IE将集中在发射结边缘附近

③影响：a.使发射结边缘处电流密度↑，易产生边缘Webster效应及Kirk效应，β0下降b.局部过热c.影响功率特性

④措施：a.采用插指结构b.NB不能太低（降低基极电阻）

6.发射区禁带变窄

①原因：E区重掺→禁带宽度变窄

②影响：发射结注入效率γ下降

总结：

2.5BJT

1.α

2.β

3.

4.

2.6

1.

iCTe

iCDe

，为集电结势垒区输运系数

，为集电区衰减因子

综上，交流小信号相比于直流，其多了E结势垒电容CTe的充放电电流、E结扩散电容CDe的充放电电流、集电结渡越时间中电流衰减、C结势垒电容CTc的充放电电流

影响：使电流增益下降、使信号延迟产生相位差

2.晶体管共基极高频等效电路

3.共基极交流电流放大系数α及截止频率fα的定量分析

①发射区注入效率γ和发射结电容充电时间τe

=re*CTe，其中re=Vt/IE，CTe为正偏势垒电容，故需要乘上常数

②基区输运系数αT和基区渡越时间τb

③集电极势垒区输运系数αdc和集电极耗尽区渡越时间τd

，其中Xmc为C区空间电荷区宽度，usl为载流子极限速度

④集电区衰减因子αc和集电结电容充电时间τc

，代表通过集电区串联电阻rcs对势垒电容的充放电时间常数

⑤共基极电流放大系数及其截止频率

2.7

1.

2.

③与

3.

τd）

2.8

1.

2.

2.9

1.

2.线电流密度：发射极单位周长电流容量

3.提高线电流密度措施

①外延层电阻率选得低一些

②直流放大系数β0或fT尽量做得大些

③在允许的范围内适当提高集电结偏压及降低基区方块电阻

2.10BJT的击穿电压与外延参数确定

1.穿通

①机理：随着收集结上反偏电压的不断增加，收集结空间电荷区扩展至整个基区

②穿通时的BC结电压