施敏半导体器件物理5.pdf

《施敏半导体器件物理5.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5章双极型晶体管及相关器件5.1晶体管的工作原理5.2双极型晶体管的静态特性5.3双极型晶体管的频率响应与开关特性5.4异质结双极型晶体管5.5可控硅器件及相关功率器件相关主题1双极型晶体管的电流增益工作模式2双极型晶体管的截止频率与开关时间3异质结晶体管的优点4可控硅器件与相关双极型器件的功率处理能力5.1晶体管的工作原理晶体管概念：是一种多重结的半导体器件三段不同掺杂浓度的区域，形成两个p-n结，浓度最高的p+区称为发射区，中间较窄的n区域，称为基区，浓度最小的p型区域称为集电区。晶体管的发明理论推动19世纪末20世纪初发现半导体的三个重

2、要物理效应光电导效应光生伏特效应整流效应量子力学材料科学需求牵引：二战期间雷达等武器的需求晶体管的发明1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组,W.Schokley，J.Bardeen、W.H.BrattainBardeen提出了表面态理论，Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的晶体管晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿第一个点接触式的NPNGe晶体管(transistor)Bardeen,Brattain,andSchockley获1956

3、年诺贝尔物理奖晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿+VEC-IE+-ICVECE发射区基区集电区CEC+p+np+VEBVBCVEBVCB-B+IB-B-理想p-n-p双极型晶体管p-n-p双极型晶体管-VCE+IEI-V+CE发射区基区集电区CCEn+pnECVCBVVBEEBVBC+B-IB+B+理想n-p-n双极型晶体管n-p-n双极型晶体管5.1.1工作在放大模式由邻近的射基极注射过来的电子可在反向偏压的集基极造成大电流，这就是晶体管的放大作用，而且，只有当此两结彼此足够接近时才会发生，此两结被称为交互p-n结双极集成电路中元件的形成过程和元件结

4、构BECMetalSiO2pn+n+pn-Isolationpn-Isolationp+n-p+n+BuriedLayerp-典型数字集成电路中NPN晶体管剖面图集电结外延，发射结离子注入5.1.2电流增益发射区（p+）基区（n）集电区（p）IE}II}IEPCPCIEnICnIBB{电子电流IB空穴电流和穴电流电子流I=I+II=I+IEEPEnCCPcnI=I-I=I+（I-I-IBECEnEPCP）Cn共基电流增益IIICPEPCP0IIIIEEPEnEP发射效率IIEpEpIIIEEpEn基区输运系数IC

5、pTIEp综上：0T所以IcII0ECBO5.2双极型晶体管的静态特性五点假设：•晶体管各区域浓度为均匀掺杂；•基区中的空穴漂移电流和集基极反向饱和电流可以忽略；•载流子注入属于小注入；•耗尽区无产生-复合电流；•晶体管中无串联电阻。各区域少数载流子分布发射Pn(0)基区n集电区区p+pPn(x)QQBBnconnE(x)PnoEOnc(x)-xE0WXCp-n-pqVxpx（）pexp（EB）（1）nno基极区域kTWx=p（0）（1-）nW发射极和集电极qVxxEBEnx（）nn[exp1]exp（）x-xEE

6、OEOEkTLExxcEnx（）=nnexp（）xxCCOCOCLC发射极电流qVEBIa[exp（）1]aE1112kTDpDnPn0EEOaqA（）11WLEqADpPn0a12W集电极电流qVIa[expEB1]aC2122kTqADpPn0a21WDpDnPn0CCOaqA22WLC基极电流qVI（aa）[expEB1]（aa）B11211222kT结极性与少数载流子分布EBCEBCpnPnnPnPnnPP0W0W放大饱和EBCEBCnnnpnpPpPnpn0W0W截止

7、反转工作模式放大模式射基结正，集基结反饱和模式两结都正向偏压截止模式两结都反向偏压反转模式射基结反，集基结正各模式下的一般表示式qVqVEBCBIaexp1aexp1E1112kTkTqVqVEBCBIaexp1aexp1C2122kTkT共基组态输出I-V特性EBCIEIC饱和Ep+np+CIE=6mA+VVCBEBIB-B-放大IBVCBOCBO截止P-n-p共基组态输出电流电压特性共射组态I0CBOIICB1100I

8、C00I1B0ICBOICEO10