双极型晶体管的发射极电流集边效应
第七章双极型晶体管
衬底PNP管版图
C
E
B
因为衬底PNP管采用衬底作为双极型管的 集电区，因此只能制作集电极接地的PNP 管，但是与此同时，其不存在衬底的寄生 晶体管效应，因此不需要掩埋层。
17
7.3.3标准双极型工艺横向PNP管
B C E N+ P P
N+掩埋层
与衬底PNP管不同，其集电区不采用p型衬底，因此， 必须要有掩埋层以减小衬底寄生PNP管效应。横向 PNP管的基区由N型外延层构成，其发射区与集电区 是与NPN管的基区扩散一同形成的。横向PNP管的开 关速度和β值一般要比纵向晶体管低。
24
7.4双极型晶体管版图匹配规则
纵向晶体管设计规则
1.发射区版图设计应尽可能采用同一形状的发射区， 其直径应该比最小直径大2~10倍，一般来说，发射 区的最小直径应等于发射区对接触孔的交叠量 2.匹配的晶体管相互之间应尽可能的靠近放置，对 于要求高度匹配的场合，可采用共质心结构 3.基区共用 4.发射区的接触孔应与发射区的形状相匹配，而且 应该尽可能地填充发射区 5.匹配晶体管尽量选在热梯度一致的区域，并远离 功率器件和高应力区域
14
梳形
C
B
E
由于梳形版图结构的发射极周长增加了，同时 其基极电阻也减小了，所以它最高振荡频率仍 然可以做的很高，因此梳形版图能够很好的兼 顾大电流和高频率特性。
15
7.3.2 标准双极型工艺衬底PNP管
C E B
N型外延层
P型衬底
集电区由P型衬底构成，基区为N型外延层，发射区 对应NPN管的基区扩散，其制作工艺与NPN管完全兼 容，且不需要多余掩膜层。衬底PNP管的电流放大倍 数与特征频率虽然没有NPN管大，但都高于横向PNP 管，且其耐压高，比较适合做电路的输出级。
【合肥工业大学】【半导体器件物理】试卷含答案剖析
《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则一、填空（共24分，每空2分）1、PN结电击穿的产生机构两种；答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。
2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。
3、晶体管特征频率定义；β时答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数β下降为1=所对应的频率f，称作特征频率。
T4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；答案：0V。
>T5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。
6、BV CEO含义；答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。
7、MOSFET短沟道效应种类；答案：短窄沟道效应、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。
8、扩散电容与过渡区电容区别。
答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。
二、简述（共20分，每小题5分）1、内建电场；答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。
在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成内建电场，方向由N区指向P区。
2、发射极电流集边效应；答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。
3、MOSFET 本征电容；答案：即交流小信号或大信号工作时电路的等效电容，它包括栅漏电容和栅源电容，栅漏电容是栅源电压不变、漏源电压变化引起沟道电荷的变化与漏源电压变化量之间的比值，而栅源电容是指栅压变化引起沟道电荷与栅源电压变化量之间的比值。
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
半导体器件与工艺(4)
影响晶体管的直流电流放大系数的因素
发射结空间电荷区复合对电流放大系数的影响
影响晶体管的直流电流放大系数的因素
发射区重掺杂对电流放大系数的影响
影响晶体管的直流电流放大系数的因素
基区宽变效应对电流放大系数的影响
影响晶体管的直流电流放大系数的因素
温度对电流放大系数的影响
晶体管的直流伏安特性曲线（共基极）
电流放大系数如何变化并计算厄尔利电压。
晶体管的直流电流放大系数
4.某厂在试制晶体管时，由于不注意清洁卫生，在高温扩散 时引入了金、镍等杂质，结果得到如图所示的晶体管输出特 性曲线。你能否说明这个输出特性曲线与标准输出特性曲线 的差别在哪里，原因是什么？
晶体管的直流电流放大系数
5.某厂在试制NPN平面管时，发现所得到的输出特性曲线为 “靠背椅”式，如图所示。你能否用基区表面形成反省层 （即所谓“沟道” ）来解释这种输出特性曲线？
晶体管的直流伏安特性曲线（共射极）
两种组态输出特性曲线比较
(1) 电流放大系数的差别 (2) UCE 增大对电流放大系数的影响 (3) UCE 减小对输出电流的影响
晶体管的穿通电压 （基区穿通）
晶体管的穿通电压 （外延层穿通）
外延层穿通所决定的击穿电压
BUCBO
UB
Wc X mc
发射极电流集边效应
晶体管的功率特性
发射极电流集边效应
晶体管的功率特性
发射极电流集边效应
晶体管的功率特性
发射极电流集边效应
jB (x) jB (0) (e 1) jB (0)
x
Seff
jB (x)
(e 1) jB (0) Seff
x
jB (0)
双极型晶体管介绍
IL---光电流或稳流二极管极限电流
ID---暗电流
IB2---单结晶体管中的基极调制电流
IEM---发射极峰值电流
IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流
IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流
ICM---最大输出平均电流
IFMP---正向脉冲电流
温度每升高10时，增加约一倍。硅管的比锗管的小得多，硅管比锗管受温度的影响要小。
温度对输入特性的影响：温度升高，正向特性将左移。
温度对输出特性的影响：温度升高时增大。
光电三极管：依据光照的强度来控制集电极电流的大小。
暗电流ICEO：光照时的集电极电流称为暗电流ICEO，它比光电二极管的暗电流约大两倍；温度每升高25，ICEO上升约10倍。
Cjo---零偏压结电容
Cjo/Cjn---结电容变化
Cs---管壳电容或封装电容
Ct---总电容
CTV---电压温度系数。在测试电流下，稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比
CTC---电容温度系数
Cvn---标称电容
IF---正向直流电流（正向测试电流）。锗检波二极管在规定的正向电压VF下，通过极间的电流；硅整流管、硅堆在规定的使用条件下，在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流（平均值），硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流；测稳压二极管正向电参数时给定的电流
RE---外接发射极电阻（外电路参数）
RB---外接基极电阻（外电路参数）
Rc ---外接集电极电阻（外电路参数）
RBE---外接基极-发射极间电阻（外电路参数）
RL---负载电阻（外电路参数）
RG---信号源内阻
半导体器件物理学习指导：第三章 双极结型晶体管
共基极截止频率 : BJT的交流共基极电流增益下降到的低频 共基极电流增益的0.707时的信号频率.
共发射极截止频率 :BJT的交流共发射极电流增益下降到的低 频共发射极电流增益的0.707时的信号频率 .
增益带宽乘积T :BJT的交流共发射极电流增益 hfe 的模量下降 到1时的频率。
* BJT的四种工作模式及工作条件
答：四种工作模式是
(1)正向有源模式： VE 0,Vc 0
(2)反向有源模式： VE 0,Vc 0
(3)饱和模式： (4)截止模式：
VE 0,Vc 0 VE 0,Vc 0
*画出能带图简述BJT放大作用
答：能带图见图3-6。BJT放大作用：由于发射结正偏，势垒 降低 qVE ，电子将从发射区向基区注入，空穴将从基区向发 射区注入。基区出现过量电子，发射区出现过量空穴。过 量载流子浓度取决于发射结偏压的大小和掺杂浓度。当基 区宽度很小（远远小于电子的扩散长度）时，从发射区注 入到基区的电子除少部分被复合掉外，其余大部分能到达 集电结耗尽区边缘。集电结处于反向偏压，集电结势垒增 加了qVc 。来到集电结的电子被电场扫入集电区，成为集电 极电流。这个注入电子电流远大于反偏集电结所提供的反 向饱和电流，是集电极电流的主要部分。如果在集电极回 路中接入适当的负载就可以实现信号放大.
iB
dQB dt
QB
n
在稳态条件下，依赖于时间的项取为零。基极电流可表示为
IB
QB
n
把使晶体管进入饱和的基极电流表示成 I BA ，当进入饱和时，
总电荷为
QB， Q电BX 荷控制方程变为
iB
QB n
QBX s
dQB dt
dQBX dt
（1）
BJT 大电流特性
考虑到大注入电场后，基区电子电流密度为
dn J n q n nb E qDn b dx
nb d dnb nb N B qDnB dx nb N B dx
对于均匀基区，dNB/dx=0，上式变为
Jn
若忽略基区复合，JnB(x)=JnB(0)=JnB=常数，对上式从0~WB进行 积分，并利用在正向有源区，基区边界条件nb（WB）＝0， 大注入正向传输电流密度表达式
EWB WB2 1 2 BWE 2LnB
NB ' B 由于基区电导调制效应， B N n pb B q pb ( N B n pb )
1
电阻率下降，发射效率降低，使电流增益下降，此现象 称为Rittner效应。
E
以集电结结电压VJC ＝0 为条件推导从正向有源区过 渡到准饱和区工作的临界电 流密度表示式，以J2 表示这 一电流密度，则
E
N
+
P
N
_
N
+ C
n P 0 ' WCIB W W CIB C X
VCB J 2 q nc N C WC
E E + P N _ N + C
N
n P 0 ' WCIB W W CIB C X
集电极最大允许工作电流
• 如图 ， 大电流下, ß 0 随IC增加而下降，因而 限制了晶体管的最大工 作电流。
•定义: 共射极直流短路电流放大系数 0 下降到最 大值 om一半时所对应的集电极电流为集电极最大工 作电流ICM。
基区宽变效应 (Early效应) P95
工作在正向有源区的BJT 的集电结，其空间电荷区 宽度随集电结反向偏压数 值增大而增大，有效基区 宽度因而随之减小，通常 将有效基区宽度随集电极 -基极偏压VBC变化，并影 响器件特性的现象称作基 区宽度调变效应。 J.M.Early首先分析了这 种效应，所以也称之为 Early效应。
双极型 名词解释
18.短二极管：电中性p区与n区中至少有一个区的长度小于少子扩散长度的pn结二极管。
19.存储时间：当pn结二极管由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳态值变为零所用的时间。
20.复合电流：穿越空间电荷区时发生复合的电子与空穴所产生的正偏pn结电流。
名词解释
1.pn结内建电场与内建电势：
2.内建电势差：热平衡状态下pn结内p区和n区的静电电势差。
3.pn结扩散电容与势垒电容（耗尽层电容）：
4.晶体管的发射效率与基区输运系数：
5.晶体管漏电流Iceo与饱和压降Vces
6.线性缓变结：
7.突变结近似：认为从中性半导体区到空间电荷区的空间电荷密度有一个突然地不连续。
50.耗尽层、势垒区、空间电荷区：pn结结面两侧半导体中的载流子由于存在浓度差梯度而互相向对方区域扩散，在pn结结面附近n区和p区分别留下了不可动的电离施主和电离受主杂质离子，分别带有正负电荷，形成空间电荷区（冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离而形成的带净正电荷与负电荷的区域），在该区域中建立有电场，形成电位差，产生相应的势垒，因此pn结空间电荷区又称为pn结势垒区，在势垒区中的载流子浓度趋于零，即载流子基本“耗尽”，因此有称为耗尽层。
44.基区自偏压效应：基区电流水平流过基区，在有源基区上产生压降，使靠近基极条处的电势与远离基极条处的电势不相等，而发射区掺杂浓度较高，电势，从而使E-B结上的压降不相等，这种效应是由有源基区电阻rb引起的，称为基区自偏压效应。
45.单边突变结：若pn结两侧为均匀掺杂，即有浓度分别为NA和ND的p型半导体和n型半导体组成的pn结，成为突变结。若一边掺杂浓度远大于另一边的掺杂浓度，即NA》ND或ND》NA，这种pn结称为单边突变结。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双极型晶体管的发射极电流集边效应
双极型晶体管是一种常见的电子器件，广泛应用于各种电路中。
在学习和了解双极型晶体管时，我们不能忽视其中的一个重要特性——发射极电流集边效应。
发射极电流集边效应是指发射极电流与集电极电压之间的关系。
当电压逐渐增大时，发射极电流也会相应地增大。
这个现象的本质原理在于双极型晶体管的工作机制。
双极型晶体管由发射极、基极和集电极三个区域组成。
当基极与发射极之间的电压允许电流通过时，电子就可以从发射极流向集电极，形成发射极电流。
当电压增大时，电子的能量也会增加，从而使发射极电流随之增大。
发射极电流集边效应在电路设计中具有重要的指导意义。
首先，我们可以根据这个效应来设计电路的电流放大倍数。
通过控制发射极电流的大小，我们可以精确地调节双极型晶体管的增益，从而达到预期的电路效果。
其次，通过合理利用发射极电流集边效应，我们可以设计出更高效的功率放大器。
这是因为发射极电流和集电极电流之间的比例关系可以被用来优化电路的功率传输。
为了更好地理解发射极电流集边效应，我们还需要了解双极型晶体管的结构和工作原理。
首先，双极型晶体管的发射极通常是由高掺杂的材料制成，以确保电子可以从发射极向集电极流动。
其次，双极型晶体管的基极和集电极之间的空间被称为基区。
在基区中，发射极产生的电子通过基极控制，决定了双极型晶体管的工作状态。
最后，
双极型晶体管在电路中的作用可以分为放大和开关两种模式。
在放大模式下，双极型晶体管可以放大电流或电压信号；在开关模式下，双极型晶体管可以控制电路的通断。
综上所述，双极型晶体管的发射极电流集边效应是一种重要的特性，对于电路设计和优化具有指导意义。
通过深入理解和研究这一效应，我们可以更好地应用双极型晶体管，设计出更高效、稳定的电子器件和电路。
掌握双极型晶体管的发射极电流集边效应，将有助于我们在实际的电路设计和应用中取得更好的效果。