晶體三極管思考題

應該掌握的知識EDA技術的發展歷程EDA技術與ASIC設計和FPGA開發的關系與軟件描述語言相比，VHDL有什么特點什么是綜合，它在EDA中的作用在EDA技術中，自頂向下的設計方法的重要意義與DSP處理器相比，用FPGA來實現數字信號處理的功能有哪些優點EDA的FPGA/CPLD設計流程例1：已知在一理想晶體管中，各電流成分為：IEp=3mA、IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。試求出下列各值：(a)發射效率；(b)基區輸運系數T；(c)共基電流增益0；(d)ICBO。

例2：一個理想的p+-n-p晶體管，其發射區、基區和集電區的摻雜濃度分別為1019cm-3、1017cm-3和5×1015cm-3，而壽命分別為10-8s、10-7s和10-6s，假設有效橫截面面積A為0.05mm2，且射基結正向偏壓在0.6V，試求晶體管的共基電流增益。其他晶體管的參數為DE=1cm2/s、Dp=10cm2/s、DC=2cm2/s、W＝0.5μm。

0．雙極晶體管公式推導的補充

對均勻基區晶體管的幾個假設(1)發/集結都是突變結,各區雜質均勻均勻分布;(2)發/集區長度遠大于少子擴散長度,兩端少子濃度等于平衡值;(3)勢壘區寬度遠小于少子擴散長度,忽略勢壘區中的復合作用;(4)外加電場都降落在勢壘區;(5)晶體管是一維的,發/集結是平行面;(6)基區小注入.

0．雙極晶體管公式推導的補充

晶體管的電流密度基區少子分布:擴散電流:考慮基區復合損失時:

0．雙極晶體管公式推導的補充

發射區少子分布:擴散電流:集電區少子分布:擴散電流

0．雙極晶體管公式推導的補充

電流放大系數1)發射結注入效率

0．雙極晶體管公式推導的補充

2)集區輸運系數電荷控制法求集區輸運系數

0．雙極晶體管公式推導的補充

集區渡越時間定義:少子在基區從發射結渡越到集電結所需要的平均時間,記為在t=0到t=這段時間內,注入到基區中的少子電荷為,即:3)均勻基區晶體管短路電流放大系數

0．雙極晶體管公式推導的補充

緩變基區晶體管的電流放大系數基區內建電場的形成空穴濃度的不均勻性導致空穴的擴散,產生電場,類似pn結自建電場的形成,平衡時空穴電流密度為零.基區雜質近似為指數分布:雜質濃度為指數分布時,內建電場是與x無關的常數:

0．雙極晶體管公式推導的補充

2.

基區少子濃度分布少子電流密度

0．雙極晶體管公式推導的補充

發射區雜質緩變分布,類似有平面管集電區雜質均勻分布,有電流放大系數1)

發射結注入效率

0．雙極晶體管公式推導的補充

2)

基區輸運系數基區渡越時間內建電場對少子是加速場,使基區渡越時間大為縮短足夠大時

0．雙極晶體管公式推導的補充

基區輸運系數提高晶體管電流放大系數的主要措施:3)

電流放大系數

0．雙極晶體管公式推導的補充

影響電流放大系數的一些因素

1)發射結勢壘區復合的影響-小電流效應2)

發射區重摻雜效應:NB偏低?NE偏高?勢壘區復合電流發射區禁帶變窄重摻雜時,雜質能級互相靠近形成能帶,并與導帶交疊,使Eg變窄.

0．雙極晶體管公式推導的補充

俄歇復合增強

輕摻雜時,非平衡載流子主要通過復合中心進行復合;在重摻雜時,俄歇復合大為增強.改進：LEC晶體管基區陷落效應

0．雙極晶體管公式推導的補充

對于共射電路:基區寬變效應:由于外加電壓的變化引起有效基區寬度變化的現象,也稱厄爾利(Early)效應.

0．雙極晶體管公式推導的補充

晶體管的反向電流不受輸入端電流控制,對放在無貢獻,有功耗.1)

ICBO:發射極開路、集電結反偏時,集-基極間的反向電流.2)IEBO:集電極開路、發射電結反偏時,基-射極間的反向電流.

0．雙極晶體管公式推導的補充

3)

ICEO:基極開路、集電結反偏時,集-射極間的反向電流.擊穿電壓BVCBO:發射極開路時,集-基極間的擊穿電壓,又稱共基極(雪崩)擊穿電壓.

BVEBO:集電極開路時,射-基極間的擊穿電壓,又稱發射結擊穿電壓.共基電路中:發生雪崩倍增效應時

0．雙極晶體管公式推導的補充

2)BVCEO:基極開路時,集-射極間的擊穿電壓.(共射雪崩擊穿電壓)雪崩倍增效應對共射接法比對共基接法的影響大得多.BVCEX:

基射極間接-電阻Rb時和反偏電壓VBB時,C-E極間的擊穿電壓

BVCER:

基射極間接-電阻Rb時,

C-E極間的擊穿電壓負阻特性--原因:小電流的下降BVCES:

基極發射極短路時,C-E極間的擊穿電壓

0．雙極晶體管公式推導的補充

3)

基區穿通電壓:集電結上反向電壓增加,勢壘區向兩側擴展,基區寬度WB減小,當集電結發生雪崩擊穿前WB減小為零,稱基區穿通,這時集電結上的電壓稱為基區穿插通電壓Vpt.

一般只有IC中的橫向管,基區低摻雜的Ge合金管,易發生基區穿通,對于Si平面管,集電區雜質最低，勢壘區向集電區擴展，一般不會發生基區穿通，但若pn結不平有尖峰例外。發射極開路

BVCBO=Vpt+BVEBO(或BVCBO=VB,兩者取小)

基極開路

BVCEO=Vpt+VF

Vpt(BVCEO

,兩者取小)

0．雙極晶體管公式推導的補充

基極電阻基區中的兩種電流：少子電流與多子電流基極電阻：IB經基極引線到工作基區,要產生壓降，經過一定的電阻,稱基極電阻。直流應用中電流集邊效應,交流應用中會產生電壓反饋，設計管子時要盡可能減小基極電阻。基極電阻由四部分串聯構成

:基極金屬電極與半導體的歐姆接觸電阻

:基極金屬電極正下部的電阻

:發射極與基極間的電阻

:發射區正下部的電阻(工作基區的電阻)

0．雙極晶體管公式推導的補充

1)歐姆接觸電阻2)發射極與基極間的電阻3)發射區下的電阻(工作基區的電阻)減小基極電阻的方法(1)基區雜質濃度;(2)寬長比S/l

;(3)發射極條個數(4)歐姆接觸例1：已知在一理想晶體管中，各電流成分為：IEp=3mA、IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。試求出下列各值：(a)發射效率；(b)基區輸運系數T；(c)共基電流增益0；(d)ICBO。解（a）發射效率為（b）基區輸運系數為（c）共基電流增益為（d）共基電流增益為所以例2：一個理想的p+-n-p晶體管，其發射區、基區和集電區的摻雜濃度分別為1019cm-3、1017cm-3和5×1015cm-3，而壽命分別為10-8s、10-7s和10-6s，假設有效橫截面面積A為0.05mm2，且射基結正向偏壓在0.6V，試求晶體管的共基電流增益。其他晶體管的參數為DE=1cm2/s、Dp=10cm2/s、DC=2cm2/s、W＝0.5μm。解：

在基極區域中在發射極區域中因為W/Lp=0.05<<1，各電流成分為共基電流增益0為

4．提高電流增益的途徑

(1)直流電流增益與晶體管結構參數的關系將(2.57)和(2.59)代人(2.60)式，得共基極直流電流增益與晶體管結構參數的關系為將(2.65)代入(2.63)，經過簡單數學計算可得共射極直流電流增益與晶體管結構參數的關系為

（2.65）（2.66）

4．提高電流增益的途徑

(2)提高電流增益的途徑由(2.65)和(2.66)式可見，提高共基極直流電流增益與提高共射極直流電流增益對晶體管結構參數的要求是一致的。在設計和制作品體管過程中可以采取下述5條措施。

(a)減小，即提高發射區的