微电子器件实验讲解

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1、第三章双极型晶体管的直流特性内容3.1双极晶体管基础3.2均匀基区晶体管的电流放大系数3.3缓变基区晶体管的电流放大系数3.4双极晶体管的直流电流电压方程3.5双极晶体管的反向特性3.6基极电阻3.1双极晶体管的基础由两个相距很近的pn结组成：分为：npn和pnp两种形式基区宽度远远小于少子扩散长度发射区集电区基区发射结集电结发射极集电极基极1、双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构示意图如图所示。它有两种类型:npn型和pnp型。e-b间的pn结称为发射结(Je)c-b间的pn结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，

2、电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。两种极性的双极型晶体管7/24/2021双极型晶体管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。加在各PN结上的电压为：PNP管：NPN管：根据两个结上电压的正负，晶体管可有4种工作状态：E结＋＋－－工　作　状　态放大状态，用于模拟电路饱和状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路倒向放大状态C结－

3、＋－＋2、偏压与工作状态放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：3、少子分布与能带图NPN晶体管在平衡状态下的能带图：ECEFEVNNP4、NPN晶体管在4种工作状态下的能带图：NPN晶体管在4种工作状态下的能带图：放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：（1）基区必须很薄，即WB<

4、必须满足两个基本条件：（2）发射区的杂质总量远大于基区，当WE与WB接近时，即要求NE>>NB。晶体管放大电路有两种基本类型，即共基极接法与共发射极接法。先讨论共基极接法（以PNP管为例）：BECBPNPNENBNCIEIBICVP区N区0为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下PN结中的电流：忽略势垒区产生复合电流，处于放大状态的晶体管内部的各电流成分如下图所示：从IE到IC，发生了两部分亏损：InE与Inr。要减小InE，就应使NE>>NB；要减小Inr，就应使WB<

5、ECBPNPNENBNCIEIBIC共发射极接法：定义：发射结正偏，集电结零偏时的IC与IB之比，称为共发射极直流短路电流放大系数，记为β，即：ECBNPIEIBICPE根据，及的关系，可得β与α之间有如下关系：对于一般的晶体管，α=0.950～0.995，β=20～200。定义：由发射结注入基区的少子电流IpE与总的发射极电流IE之比，称为注入效率（或发射效率），记为，即：2、电流放大系数中间参数的定义定义：基区中到达集电结的少子电流IpC与从发射结注入基区的少子电流IpE之比，称为基区输运系数，记为β*，即：由于空穴在基区的复合，使JpC

6、电流密度方程求基区传输系数用连续性方程求解基区非平衡载流子浓度这里必须采用薄基区二极管的精确结果，即:pB(0)pB(x)x0WB近似式，忽略基区复合精确式，考虑基区复合再利用近似公式：(x很小时），得：根据基区输运系数的定义，得：静态下的空穴电荷控制方程为：2)利用电荷控制法来求β*。另一方面，由薄基区二极管的近似公式：从上式可解出：，代入Jpr中，得：BEC0WBJpEJpC上式中，即代表了少子在基区中的复合引起的电流亏损所占的比例。要减少亏损，应使WB↓，LB↑。β＊的典型值：WB=1μm，LB=10μm，β＊=0.9950。3、基区渡越时间定义：少子在基区内从发射结

7、渡越到集电结所需要的平均时间，称为少子的基区渡越时间，记为。可以设想，在期间，基区内的少子全部更新一遍，因此：。将：代入，得：。因此又可表为：注意与的区别如下：的物理意义：时间，代表少子在单位时间内的复合几率，因而就代表少子在基区停留期间被复合的几率，而则代表未复合掉的比例，也即到达集电结的少子电流与注入基区的少子电流4、表面复合的影响（自学）之比。代表少子在基区停留的平均5、注入效率定义：由发射结注入基区的少子电流IpE与总的发射极电流IE之比，称为注入效率（或发射效率），记为，即：当WB<