复旦大学(微电子)半导体器件第七章_BJ
复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET-37页PPT精品文档
体电荷效
• 前面给出MOSFET特性公式:
ID S C ox n W L V G S V T V D S 1 2 V D 2 S
在该公式中认为沟道中耗尽层宽度是不变的,实际上由于漏端和 源端存在电势差,沟道的宽度当然也不一样,考虑到这个因素以 后必须计入沟道体电荷变化部分对阈值电压的贡献。
3o 体电荷效应; 4o 沟道长度调制效应; 5o 源漏串联电阻寄生效应; 6o 亚阈值效应; 7o 衬偏效应; 8o 短沟道效应。 9o CMOS闭锁效应;
亚阈值效应
• 回忆我们前面假设表面呈现强反型时MOSFET沟道开 始形成,源、漏之间开始导通。
• 实际上MOSFET源、漏之间加上电压以后,源端PN结 处于正向,就会有非平衡载流子注入,漏端PN结就会 收集到注入的非平衡载流子,同时还有反向的产生电 流(包括表面态的产生电流),所以在强反型之前源、 漏之间就会有电流,这就称为亚阈值电流。
减小 Overlap,降低寄生电容,可采用自对准多晶硅栅工艺。
MOSFET 的开关特性
+VDD
v (t)
vGS (t)
RD
VT
+
vDS (t)
+ vGS(t)
C vDS(t)
90%
10%
t
0 ton
toff
MOS 倒相器开关特性:
IDS
Ioff 0(亚阈值电流); Von 0(导通有电阻);
四种 MOSFET 的输出特性
NMOS(增强型)
NMOS(耗尽型)
PMOS(增强型)
PMOS(耗尽型)
沟道长度调制效应
• 沟道长度调制效应使输出特性的饱和区发生倾 斜。
复旦大学半导体器件物理教学讲义 (2)
复旦大学半导体器件物理教学讲义1. 引言本讲义旨在介绍复旦大学半导体器件物理课程的基本内容和教学目标。
半导体器件物理是电子信息类专业中重要的一门基础课程,通过学习本课程,学生将会了解半导体器件的基本工作原理、结构和特性。
同时,本课程也将为学生打下坚实的物理基础,为日后进一步研究和应用半导体器件打下基础。
2. 课程概述本课程主要包括以下内容:•半导体物理基础知识:介绍半导体物理学领域的基本概念和理论基础,包括晶体结构、载流子的能带理论和半导体的电子运动等内容。
•半导体材料和器件的制备技术:介绍半导体材料和器件的制备方法和工艺技术,涵盖了光刻、薄膜沉积、离子注入等常用技术。
•半导体器件的基本结构和工作原理:详细介绍半导体器件的基本结构,包括二极管、晶体管、场效应管等,以及它们的工作原理和特性。
•器件参数的测量和测试方法:介绍半导体器件参数的测量方法和测试仪器,学习如何准确测量器件的电流、电压等参数。
•半导体器件的应用:对一些常见的半导体器件应用进行介绍,如功放器件、放大器器件、接收机等。
3. 教学目标经过本课程的学习,学生应该能够达到以下目标:1.理解半导体物理学的基本概念和理论,包括晶体结构和半导体能带理论。
2.掌握半导体器件的基本工作原理和特性,包括二极管、晶体管、场效应管等。
3.了解常用的半导体器件制备技术和工艺流程。
4.能够使用测试仪器测量和测试半导体器件的相关参数。
5.熟悉一些半导体器件的常见应用。
4. 教学内容安排本课程的教学内容安排如下:教学模块内容学时安排(小时)模块一半导体物理基础知识6模块二半导体材料和器件制备6模块三半导体器件的结构和工作原理10模块四器件参数的测量和测试4模块五半导体器件的应用45. 评价方式本课程的评价方式包括平时成绩和期末考试成绩两部分。
平时成绩包括:实验报告、作业、课堂练习、出勤情况等,占总成绩的30%。
期末考试成绩占总成绩的70%。
6. 参考教材•S.M. Sze,《半导体器件物理学》,电子工业出版社,2018年。
复旦大学(微电子)半导体器件第二章平衡载流子
E EF kBT
dE
2
2 me*kT
h3
3/ 2
exp
EC EF kBT
Nc 2
2 me*kBT
h3
3/ 2
n0
Nc
exp
Ec EF kBT
电子-空穴浓度积
• 按相同的方法可以得到空穴浓度:
p0
NV
• 载流子浓度随温度变化的三个主要特征区域的表达式; • 从载流子随温度变化的曲线可以求得杂质电离能、杂
质浓度和禁带宽度;
• 高载流子浓度效应。
习题
• 从原理上说明:为什么在能带中载流子浓度低的情况 下波兹曼分布和费米分布在形式上相同?所谓浓度低 的含义是什么?
• 写出计算载流子浓度和费米能级位置需要的公式。这 些公式在什么情况下适用?
N型半导体中热平衡电子浓度随温度变化
• 右边是单一浅施主低掺杂半导 体中热平衡电子浓度随温度变 化的示意图。弱电离区、饱和 电离区和本征激发区的导带电 子主要来源分别是施主逐步电 离、施主接近全电离和本征激 发。
• 虚线是本征载流子浓度,只在 本征激发区才显示出和电子浓 度可比拟的量。
• 饱和电离区是晶体管和集成电 路正常工作的温度范围。
1
EF E kBT
1
费米分布函数和玻尔兹曼分布函数
• 处于费米能级相同位置的能量状态 上,电子占有的几率是1/2,费米能级
表示电子的平均填充水平。
E
EF:fe
fh
1 2
• 玻尔兹曼分布函数(一个量子态可 以同时被多个电子占有)
fe Aexp E kT
复旦大学2005年入学研究生《半导体器件原理》专业课程考试大纲
复旦大学2005年入学研究生《半导体器件原理》专业课程考试大纲《半导体器件原理》包括半导体器件的物理基础,双极型和MOS场效应晶体管的工作原理、特性和模型,以及影响器件特性的主要因素和一些常见非理想效应。
参考书:黄均鼐等,双极型与MOS半导体器件原理,复旦大学出版社曾树荣,半导体器件物理基础(第1、2、3、5章),北京大学出版社考试题型:名词解释、推导题、计算题总分:150分一.半导体的电子状态1.半导体的晶体结构、晶列晶面指数、结合性质2.半导体中的电子状态和能带3.载流子在外场下的运动规律4.杂质和缺陷能级二.半导体的载流子统计1.状态密度和统计分布函数2.本征半导体、杂质半导体、简并半导体的统计三.半导体的载流子输运1.载流子的散射2.迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系3.强电场下的输运4.霍耳效应四.非平衡载流子1.非平衡载流子的直接复合与间接复合2.陷阱效应3.载流子的扩散运动、双极扩散4.连续性方程五.pn结、金半接触以及异质结1.平衡pn结的特性2.pn结的电流-电压特性3.pn结的势垒电容与扩散电容4.pn结的开关特性5.pn结的击穿6.金半接触能带图以及电流-电压特性7.欧姆接触8.异质结能带图以及二维电子气六.双极型晶体管的直流特性1.双极型晶体管的基本原理2.双极型晶体管的直流特性及其非理想现象3漂移晶体管的直流特性4.双极型晶体管的反向特性5.Ebers-Moll方程七.双极型晶体管的频率特性与开关特性1.低频小信号等效电路2.放大系数的频率特性以及相关的几个时间常数3.高频等效电路4漂移晶体管、异质结双极型晶体管的基本原理5.电荷控制理论与双极型晶体管开关时间八.半导体表面与MOS结构1.半导体表面空间电荷层的性质2.实际Si-SiO2界面3.理想与实际MOS结构的C-V特性九.MOS场效应晶体管的直流特性1.MOSFET的结构和工作原理2.MOSFET的阈值电压以及影响因素3.MOSFET的输出特性和转移特性(包括亚阈值特性和其它二级效应)4.MOSFET的直流参数5.MOSFET的击穿特性6.MOSFET的小尺寸效应原理7.载流子速度饱和以及短沟道MOSFET的直流特性8.MOSFET的按比例缩小规律十.MOSFET的频率特性与开关特性1.MOSFET的交流小信号等效电路2.MOSFET的高频特性3.常见MOS倒相器及其开关特性。
复旦大学(微电子)半导体器件第五章PN结
第五章结•平衡态PN结;•PN结的伏安特性;•PN结的电容;•PN结的击穿特性;•PN结二极管的开关特性;•金-半肖特基接触和欧姆接触;•异质结:半导体器件的基本结构-PN结、金半结和异质结PN结空间电荷区•由于PN结两边载流子浓度不同造成载流子扩散运动,载流子扩散的结果在结附近出现了空间电荷区,该区域内电离施主和受主杂质的浓度远大于载流子浓度,有电离杂质产生的自建电场,阻止载流子进一步扩散。
•在空间电荷的区内有载流子的漂移流和扩散流,平衡情况下净电流为零。
平衡PN结能带图•空间电荷区内部各点不是电中性,但是整个空间电荷区正负电荷相等;•空间电荷区的电场使PN结两边出现电势差;•热平衡情况下费米能级保持水平;•空间电荷区以外均匀掺杂,是电中性区。
在该区域:导带、价带和费米能级之间的相对位置保持原样。
注意:P区电子的势能高于N区,空穴的势能正好相反,电势N区高于P。
⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV p p B D p n exp 00⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV n n B D n p exp 000exp F V V B E E p N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠0exp C F C B E E n N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠2l n B D ADik T N NVq n =正向电压下的窄势垒模型•势垒区(空间电荷区)很窄,势垒区两边边界处电子准费米能级保持水平;•势垒区以外的非平衡载流子扩散复合区由于非平衡载流子复合减少逐步趋于平衡,准费米能级趋向平衡费米能级。
该区域内非平衡少数载流子准费米能级变化大而非平衡多数载流子准费米能级变化很小。
从何入手计算伏安特性•假设理想情况包括:低掺杂的突变结、忽略势垒区复合、外加电压全部加在势垒区、小注入。
•因为外电压全部加在势垒区,所以选择势垒区边界计算电流。
•势垒边界的少子和多子都有扩散流和漂移流,非平衡少数载流子的漂移流非常小可以忽略。
•在忽略势垒区复合的情况下,势垒两边的非平衡少数载流子的扩散电流相加就是总电流。
复旦大学微电子考研试题882半导体器件原理
一.选择题15*61。
p+-n结耗尽层宽度主要取决于:BA:p+区浓度B:n区的浓度C:p+区和n区的浓度2。
二极管正向阈值电压Vf:bA:随温度升高而升高B:随温度升高而下降C:不随温度变化3。
p-n结隧穿电压比雪崩击穿电压:BA:来得大B:来得小C:在同一数量级上4。
双极型晶体管共基极连接:A:只有电流放大作用B:既有电流放大作用又有电压放大作用C:无电流放大有电压放大5。
晶体管基区运输系数主要决定于:cA:基区浓度B:基区电阻率和基区少子寿命C:基区宽度和基区少子扩散长度6。
npn平面晶体管发射效率与发射区浓度关系;CA:发射区浓度越高发射效率越高B:发射区电阻率越高发射率越高C:发射区浓度不能太高否则发射率反而下降7。
电子迁移率等于1500,400K温度下其扩散系数为:BA:39B:52C:708。
题目给出mos结构的Qsc~ψs关系图,要求判断其衬底是什么型(n型,p 型,中性)9.理想的mos结构C~V关系图与实际的C~V关系图的差别是:A:只有p型时,向负方向平移一段距离B:n型时向正方向平移一段距离C:向负方向平移一段距离,与类型无关10.mos管"缓变沟道近似"是指:A:垂直与沟道方向电场和沿沟道方向电场变化很慢B:沿沟道方向的电场变化很慢C:沿沟道方向的电场很小11.mos工作时的沟道夹断点电压Vdsat:A:与栅电压Vgs无关B:在长沟道与短沟道是不同C:始终等于Vgs-Vt12.nos管体电荷变化效应是指;A:衬源偏压Vbs对阈值电压Vt的影响B:沟道耗尽层受栅压Vgs影响而对电流Ids影响C:沟道耗尽层受栅压漏源电压Vds影响而对电流Ids影响13.mos亚阈值电流的主要特征:具体选项没记下,主要是电流随Vgs指数变化,当Vds大于3KT/q时电流与Vds关系不大14.nos管短沟道效应是指:选项没有记下15.控制cmos倒相管latch-up最有效的方法:A:提高沟道电场B:等比率缩小器件C:增大衬底电阻二.名词解析5*61.试说明迁移率的定义是什么?其量纲是什么?2.试说明mos管沟道长度调变效应及其影响3.试说明mos管有放大作用的基本原理4.试说明mos管的频率特性和其基本参数的关系5.试说明如何降低n沟道mos集成倒相器静态工作时的功耗三.计算题1*30有一个n沟道mos场效应管,衬底浓度Na=10^17(cm^-3),氧化层厚度Tox=50nm,氧化层中正电荷密度Nss=10^10(cm^-2),金属AL的功函数Wm=4.2ev,硅的电子亲和势为4.05ev.试求该管的阈值电压Vt,它是什么型?在Vg=3v,Vds=2v时,它工作在什么区?(注:其他的所有常数都没有给出)。
复旦大学(微电子)半导体器件第二章平衡载流子-PPT课件
载流子按能量分布
• 载流子按能量分布 =分布几率和状态密度的乘 积 • 右图中体积为V的半导体 能量为E的电子的状态密度 是 g( E ) V N E
c c
4 2 m c e NE c 3 h
3 / 2
E E c
1 / 2
注意:能带图向上电子的能量高,向下空穴的能量高。
* e
3 /2
3 h
2 mk T N 2
* e B c
C
kT B
F
3/2
3 h E c E F n x p 0 N ce k T B
电子-空穴浓度积
• 按相同的方法可以得到空穴浓度:
E F E V p x p 0 N Ve k T B
• 导带的电子浓度=导带中某能量状态密度(单位体积的状态数)和 该状态电子的分布几率的乘积在整个导带的总和。 3 / 2 4 2 m 1 / 2 c e • 导带中某能量E的电子的状态密度为 NE E E c c 3 h • 费米分布函数:在热平衡情况下,考虑到一个量子态最多只能被 一个电子占有,能量为E的单量子态被电子占有的几率为: 1 fe E E EF k 是 玻 尔 兹 曼 常 数 B exp 1
E g ( e VG ) : e ( 0 . 6 6 ) 、 S i ( 1 . 1 2 ) 、 G a A s ( 1 . 4 2 )
3 1 3 1 0 6 n c m : G e ( 2 1 0 ) 、 S i ( 1 . 5 1 0 ) 、 G a A s ( 2 1 0 ) i
虽然计算时是导带 所有能量电子的总和,但是结果在形式上可以看作所有 电子集中在导带底部,前面一项是有效状态密度,后 面一项是玻尔兹曼分布函数。 • 空穴也是如此 E F E V p x p 0 N Ve k T B
复旦大学微电子学院
复旦大学微电子学院复旦大学微电子学院是复旦大学下属的一个学院,专门从事微电子技术的研究和人才培养。
微电子学是研究和制造集成电路、光电子器件和微系统的学科,是现代信息技术领域中的重要学科,也是电子工程学科的重要组成部分。
复旦大学微电子学院成立于1991年,是我国最早开设微电子学专业的学院之一。
学院设有微电子学本科专业、硕士研究生和博士研究生专业,具备了完善的培养体系和先进的实验设备。
微电子学院的教师队伍雄厚,拥有一批高水平的教授和博士生导师。
他们在微电子技术领域内具有丰富的研究经验和深厚的学术造诣。
他们积极开展科学研究,取得了一系列有重要影响的研究成果,并与国内外的研究机构进行广泛的合作与交流。
学院的工作重点主要包括研究与开发新型的微电子器件和集成电路、提高集成度和性能、探索新的制造工艺等方面。
他们的研究涉及到的领域包括半导体器件、模拟与数字电路设计、嵌入式系统、传感器技术等等。
除了科学研究,学院还积极开展应用研究和产业合作。
他们与国内一些知名的企业合作,共同开展技术转化和产业化的研究与实践。
这样的合作为学生提供了更多的实习和就业机会,并为学院产学研结合提供了强有力的支持。
学院注重培养学生的创新能力和实践能力。
他们为学生提供了丰富的实践机会,包括实验课程、科研项目和实习等。
学院还鼓励学生参加科技竞赛和学术交流活动,提高他们的综合素质和学术水平。
总之,复旦大学微电子学院在微电子学领域具有较高的声誉和影响力。
他们致力于推动微电子技术的发展,培养高级和专业的人才,为我国的科技进步和经济发展做出了重要贡献。
(307字)复旦大学微电子学院的研究方向非常广泛,涵盖了微电子学的多个领域。
学院的研究重点主要包括半导体器件、集成电路设计、MEMS(微机电系统)和传感器技术等。
在半导体器件领域,学院的研究主要集中在新型器件结构的设计和制备上。
他们利用纳米技术和微纳加工技术制备出了各种具有特殊功能的器件,如高频器件、高功率器件等。
《半导体器件 》课件
半导体器件的重要性
01
电子工业基础
半导体器件是现代电子工业的基础,广泛应用于 通信、计算机、家电等领域。
02
信息时代的核心
随着信息时代的到来,半导体器件在信息传输、 处理和存储等方面发挥着核心作用。
半导体器件的历史与发展
01 晶体管的发明
20世纪40年代,晶体管被发明,标志着半导体技 术的起步。
能源系统中的应用
能源系统是半导体器件应用的另一个领域,包括太阳能电池、风力发电系统、智能电网等。半导体器 件在能源系统中发挥着关键作用,如太阳能电池板、功率半导体等,用于实现能源的转换和智能控制 。
例如,太阳能电池板利用半导体的光电效应将太阳能转换为电能。功率半导体则用于控制和调节电力 系统的功率和能量传输,实现节能和智能控制等功能。
描述原子的结构以及电子的能级分布,解释半 导体的基本组成。
晶体结构
介绍半导体的晶体结构,包括单晶、多晶和无 定形晶体。
热平衡状态下的电子分布
解释在热平衡状态下,电子在半导体中的分布情况。
半导体的导电特性
01
本征半导体与非本 征半导体
区分本征半导体与掺杂半导体的 导电特性。
载流子输运
02
03
PN结的形成与特性
制程技术
总结词
制程技术是半导体器件制造中的关键环节, 通过光刻、刻蚀、掺杂等制程步骤,将设计 好的电路图案转移到半导体衬底上,形成具 有特定功能的电路。
详细描述
制程技术包括光刻、刻蚀、掺杂等关键步骤 。光刻是将设计好的电路图案转移到光敏材 料上的过程,刻蚀是将光刻图案转移到半导 体衬底上的过程,掺杂是通过化学或物理方 法将杂质引入半导体中,改变其导电性能的 过程。这些制程步骤的精度和一致性对于保
《半导体器件》课件
总结词
高效转换,环保节能
详细描述
在新能源系统中,半导体器件用于实现高效能量转换和 环保节能。例如,太阳能电池板中的硅基太阳能电池可 以将太阳能转换为电能,而LED灯中的发光二极管则可 以将电能转换为光能。
THANKS
感谢观看
总结词
制造工艺复杂
详细描述
集成电路的制造工艺非常复杂,需要经过多个步骤和工艺 流程。制造过程中需要精确控制材料的物理和化学性质, 以确保器件的性能和可靠性。
总结词
具有小型化、高性能、低功耗等特点
详细描述
集成电路具有小型化、高性能、低功耗等特点,使得电子 设备更加轻便、高效和节能。同时,集成电路的出现也推 动了电子产业的发展和进步。
总结词
由半导体材料制成
详细描述
双极晶体管通常由半导体材料制成,如硅或锗。这些材料 在晶体管内部形成PN结,是实现放大和开关功能的关键 结构。
总结词
正向导通,反向截止
详细描述
在正向偏置条件下,双极晶体管呈现低阻抗,电流可以顺 畅地通过。在反向偏置条件下,双极晶体管呈现高阻抗, 电流被截止。
场效应晶体管
05
CATALOGUE
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
总结词
广泛使用,基础元件
详细描述
在电子设备中,半导体器件是最基本的元件 之一,用于实现信号放大、传输和处理等功 能。例如,二极管、晶体管和集成电路等是 电子设备中不可或缺的元件。
通信系统中的半导体器件
总结词
高速传输,信号处理
详细描述
在通信系统中,半导体器件用于信号的高速 传输和处理。例如,激光二极管用于光纤通
总结词
通过电场控制电流的电子器件
半导体器件原理 绪论
晶体结构----单晶半导体材料
晶体中原子的周期性排列称为晶格,整个晶格可以用
单胞来描述,重复单胞能够形成整个晶格。 三种立方晶体单胞
金属原子分布在立方体 的八个角上,且每个原 子都有六个等距的邻近 原子。
八个原子处于立方体的 角上,一个原子处于立 方体的中心。每一个原 子有八个最邻近原子。
硅、锗都是由单一原子所 组成的元素半导体,均为 周期表第IV族元素。 20世纪50年代初 期,锗曾是最主要的 半导体材料; 60年代初期以后, 硅已取代锗成为半导 体制造的主要材料。
周期 2 3 Mg
镁
II
III B
硼
IV C
炭
V N
氮
VI
Al
铝
Si
硅
P
磷
S
硫
4 5 6
Zn
锌
Ga
镓
Ge
锗
As
砷
Se
导带或者被部分 填充,或者与价 带重叠。很容易 产生电流。
金属:不含禁带,半导体:含禁带,绝缘体:禁带较宽
§1.4 半导体中的载流子
载流子:能够自由移动的电子和空穴;
电子:带负电的导电载流子,是价电子脱离原子束
缚后形成的自由电子,对应于导带中占据的电子。 空穴:带正电的导电载流子,是价电子脱离原子束 缚后形成的电子空位,对应于价带中的电子空位。
§1.1 半导体材料
§1.2 晶体结构
§1.3 能带 §1.4 半导体中的载流子 §1.5 半导体掺杂 §1.6 半导体中的载流子及其输运
§1.7 半导体中的光电特性
半导体物理基础
§1.1 半导体材料
1、什么是半导体? Semiconductor 固体材料从导电特性上分成: 超导体、导体、半导体、绝缘体
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晶体管结构示意举例
合金管
平面管
E
Ie RE
Vbe
晶体管的工作原理
C n+ p n
Ic
B
RL
Ib
Vcb
放大条件: 1o Nb << Ne 2o Wb << Lnb 3o 发射结正偏
4o 集电结反偏
放大偏置
热平衡
晶体管中的电流传输
1. 电流传输
Ie Ine I pe Ic Inc Icbo Ib I pe Ivb Icbo
Wb*
expqVbe
kT
Ic Ic Wb Ic Wb Ic Vcb Wb Vcb Wb Vcb VA
Early 电压
Early效应对共基极输入、输出特性影响
E
C
B
Early 效应
输入特性
输出特性
Vbe 不变,Vcb Wb npb0/Wb(斜率) Ine ( Ie)
Early效应对共射极输入、输出特性影响
所以前三项是是和非平衡载流子产生率
相关的。第四项是和Early效应有关的项。
gmr 反向跨导 gmr 也是和Early效应有关的项。
g mf
正向跨导
gmf
q Ic kT
BJT的Ebers-Moll
§ 2.5 晶体管的模型
一. Ebers-Moll 方程(本征晶体管)
Ie
a11
exp
qVbe kT
1
第七章 双极型晶体管
• 基本结构 • 载流子流动情况及工作原理 • 理想晶体管的直流输入输出特性 • 二级效应 • 击穿特性 • 高频特性 • 开关特性 • 晶体管模型
双极型晶体管的结构
E 发射区 基区 集电区 C n+ p n
E 发射区 基区 集电区 C p+ n p
B
E
C
B
E
C
B npn
B pnp
N+
P
N
-x10 Wb x2
x2
x
n
pb
(0)
n
0 pb
expqVbe
kT
n
pb
(Wb
)
n
0 pb
expqVbc
kT 0
pne ( x1) pn0e expqVbe kT pnc ( x2 ) pn0c expqVbc kT 0
正偏
反偏
晶体管的直流特性
发射结电流
电子:Jne
空穴:J pe
Ib
Ics
Vcc
Ib
RL
s = 1 临界饱和状态
晶体管的开关特性 饱和压降
C Ic
rcs
rbs B
Ib Vbes
Vc
+
+ Ve
res
Vces
E
饱和压降
Vces Vbe Vbc Icsrcs Ieres
合金管 rcs res 均很小
Vces
Vbe
Vbc
kT q
1
ln R
1 1
y
z
x
…
rbb’
Seff :发射极有效半宽
Vy
Vy (0)
V (Seff
)
kT q
J (Seff) = J (0) / e
Seff
kT pb NbWbLe
Ic
基区宽度调变效应(Early效应)
N+
P
Wb*
Wb
N
Vcb Wb* dnb/dx Ine Ic
Ic
I ne
qADnbn
0 pb
ie gebveb gmrvcb
ic gmf veb gcbvcb
geb :共基极时输入电导
即发射结动态电阻re的倒数
geb
1 re
qIe kT
gmr :集电结电压反馈(Early效应)
gmf :共基极时放大能力
gmf
re
qIc kT
gcb :共基极时输出电导(Early效应)
geb
ge
g ebt
(当 Ne / Nb >> 1 时)
* Inc Ine Ivb 1 Ivb
I ne
I nc
I ne
1 (当 Wb << Lnb 时)
共发射极电流放大系数
Ic Ic >> 1 Ib Vce Ie Ic 1
例如: = 0.99,则 100
Ic Ib
Vce
Vbe Ie
晶体管中的少子分布
晶体管的高频特性
( f ) 0
1 i f f 共基极截止频率
( f ) 0
1i f f
1
2f
reCTe
Wb2
Dnb
xm 2vs
rcsCTc
e b d
c
发射结充放电 基区渡越
集电结渡越
集电结充放电
(通常 b >> e d c)
共发射极截止频率
1
2f
0
re
CTe
CTc
Wb2
Dnb
xm 2vs
C
Early 效应
B
E
Early 效应
输入特性
输出特性
Vbe 不变,Vcb Wb Ivb(复合) Ib
Kirk 效应(有效基区扩展效应)
p
n
n+
集电区大注入:nc ~ Nc
集电极电流 Jc nc
E
x
nc
Jc qvs
饱和漂移速度
q ( Nb+ nc ) q ( Nc nc )
Kirk 效应
b e
Kirk 效应
晶体管的开关特性 截止电流
rb
RL
Vcc
I ceo
1
1
I cbo
1
Icbo
Icbo Id I g Il 漏电流(与工艺有关)
产生电流 qAni xc 2
扩散电流
qA
Dnbn Wb
0 pb
1
Dpc pn0c Lpc
晶体管的开关特性 饱和现象
rb b c Ic RL
RL
s = 1 临界饱和状态
晶体管的开关特性 储存时间
n+
p
n
D. .C
储存时间
上升时间
电荷控制方程
Ib2
Ic
Qpc
pc
dQpc dt
下降时间
B 延迟时间
. .A
超量储存电荷
Qpc (0) pc Ib1
Ics
当
t
ts
pc
ln
Ib1 Ib2
Ib2 Ics
时,Qpc = 0
qDnbn0pb
Wb qDpe
pn0e
Lpe
expqVbe expqVbe
kT kT
(当
1
Wb
<<
Lnb
时)
发射效率 (注入比)
J ne J ne J pe
1
e b
Lp(e W或b We)
1
1
Rsh,e Rsh,b
1
基区电流
电子:Jne Jnc 但 Jne略大于 Jnc 空穴(复合电流): Jvb Jne Jnc
基区输运系数
*
J nc J ne
1
Wb2 2 L2nb
Ie Vbe Ib
共基极输入、输出特性
Ic
Vcb
IE / mA
VCB
VBE / V
输入特性
输出特性
共发射极输入、输出特性
Ic Ib
Vce Vbe Ie
VCE
输入特性
输出特性
发射极势垒区复合的影响
发射极势垒区复合
发射极电流集边效应
E
B
…
Se
a12
exp
qVbc kT
1
Ic
a21
exp
qVbe kT
1
a22 exp
qVbc kT
1
其中
a11
qA
Dnbn Lnb
0 pb
coth Wb Lnb
Dpe pn0e Lpe
a12
a21
qADnbn
0 pb
Lnb
csc h Wb Lnb来自a22qADnbn Lnb
0 pb
coth Wb Lnb
Vcc
Vbb
I b1
ViH
V je rb1
V je Vbb rb2
>> 0
Ib2
V je Vbb rb2
V je ViL rb1
延迟时间 td = t1 t0
上升时间 tr = t2 t1
储存时间 ts = t4 t3
下降时间 tf = t5 t4
Vbe
ViH
ViL
t
Ib
Ib1
t
Ib2
Ine Inc Ie Ib Ic
共基极电流放大系数
Ic
<1
I e Vcb 0
1
Ic Ine Inc Ic
Ie Ie Ine Inc
* *
Ie Vbe Ib
集电结倍增因子
Ic Vcb
基区传输系数
发射效率(注入比)
Ine Ine
1
1
Ie Ine I pe 1 I pe Ine
• 特点:自对准(有利于减小器件尺寸)、高发射系数。
重点内容
• 决定电流增益的因素 • 提高频率特性的途径 • 提高开关速度的途径 • 改善小电流特性的途径 • 改善大电流特性的途径 • 比较MOSFET和BJT