缓变基区晶体管的电流放大系数.ppt

缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管,3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数,本节以 NPN 管为例，结电压为 VBE 与 VBC。,P,N+,N,0,xjc,xje,NE(x),NB(x),NC,x,0,xjc,xje,本节求基区输运系数 的思路,进而求出基区渡越时间,将 E 代入少子电流密度方程，求出 JnE、nB(x)与 QB,令基区多子电流密度为零，解出基区内建电场 E,最后求出,基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场 E，使少子在基区内以漂移运动为主，所以缓变基区晶体管又称为漂移晶体管。,3.3.1 基区内建电场的形成,NB(x),NB(WB),NB(0),WB,0,x,在实际的缓变基区晶体管中，的值为 4 8。,设基区杂质浓度分布为,式中 是表征基区内杂质变化程度的一个参数，,当 时为均匀基区；,因为，所以内建电场对渡越基区的电子起加速作用，是 加速场。,令基区多子电流为零，,解得 内建电场 为,小注入时，基区中总的多子浓度即为平衡多子浓度，,将基区内建电场 E 代入电子电流密度方程，可得注入基区的少子形成的电流密度（其参考方向为从右向左）为,3.3.2 基区少子电流密度与基区少子浓度分布,上式实际上也可用于均匀基区晶体管。对于均匀基区晶体管，NB 为常数，这时,下面求基区少子分布 nB(x)。,在前面的积分中将下限由 0 改为基区中任意位置 x，得,由上式可解出 nB(x)为,对于均匀基区，,对于缓变基区晶体管，当 较大时，上式可简化为,3.3.3 基区渡越时间与输运系数,注：将 Dn 写为 DB，上式可同时适用于 PNP 管和 NPN 管。,对于均匀基区晶体管，,可见，内建电场的存在使少子的基区渡越时间大为减小。,利用上面得到的基区渡越时间 b，可得缓变基区晶体管的基区输运系数 为,3.3.4 注入效率与电流放大系数,根据非均匀材料方块电阻表达式，缓变基区的方块电阻为,于是 JnE 可表示为,已知,（3-43a）,类似地，可得从基区注入发射区的空穴形成的电流密度为,式中，,（3-43a）,（3-43b）,于是可得缓变基区晶体管的注入效率,以及缓变基区晶体管的电流放大系数,3.3.5 小电流时电流放大系数的下降,实测表明，与发射极电流 IE 有如下所示的关系,小电流时 下降的原因：当发射结正向电流很小时，发射结势垒区复合电流密度 JrE 的比例将增大，使注入效率下降。,当电流很小时，相应的 VBE 也很小，这时 很大，使 减小，从而使 减小。,式中，,当 JrE 不能被忽略时，注入效率为,随着电流增大，减小，当 但仍不能被忽略时，,当电流继续增大到 可以被忽略时，则,当电流很大时，又会开始下降，这是由于大注入效应和基区扩展效应引起的。,3.3.6 发射区重掺杂的影响,重掺杂效应：当发射区掺杂浓度 NE 太高时，不但不能提高注入效率，反而会使其下降，从而使 和 下降。,原因：发射区禁带宽度变窄 与 发射区俄歇复合增强。,1、发射区重掺杂效应,对于室温下的硅，,(1)禁带变窄,发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度 ni 发生变化，,NE 增大而下降，从而导致 与 的下降。,增大而先增大。但当 NE 超过(1 5)1019 cm-3 后，反而随,随着 NE 的增大，减小，增大，随 NE,(2)俄歇复合增强,2、基区陷落效应 当发射区的磷掺杂浓度很高时，会使发射区下方的集电结结面向下扩展，这个现象称为 基区陷落效应。,由于基区陷落效应，使得结深不易控制，难以将基区宽度做得很薄。,为了避免基区陷落效应，目前微波晶体管的发射区多采用砷扩散来代替磷扩散。,3.3.7 异质结双极晶体管（HBT）,式中，当 时，则,若选择不同的材料来制作发射区与基区，使两区具有不同的禁带宽度，则,常见的 HBT 结构是用 GaAs 做基区，AlxGa1-xAs 做发射区。另一种 HBT 结构是用 SiGe 做基区，Si 做发射区。,HBT 能提高注入效率，使 得到几个数量级的提高。或在不降低注入效率的情况下，大幅度提高基区掺杂浓度，从而降低基极电阻，并为进一步减薄基区宽度提供条件。,在 SiGe HBT 中，可通过使基区中半导体材料组分的不均匀分布，得到缓变的基区禁带宽度。与缓变的基区掺杂浓度类似，缓变的基区禁带宽度也将在基区中产生一个对少子起加速作用的内建电场，降低少子的基区渡越时间。,