双极型晶体管的发射极电流集边效应

《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。

双极型晶体管工作原理双极型晶体管（BJT）是一种常见的电子器件，其工作原理基于PN结的导电特性。

BJT有三个电极，分别是基极（base）、发射极（emitter）和集电极（collector）。

BJT是一种由两个PN结组成的三层结构，有两种类型：NPN型和PNP型。

NPN型的BJT中，基极是P型半导体，发射极是N型半导体，集电极是P型半导体。

PNP型的BJT中，基极是N型半导体，发射极是P型半导体，集电极是N型半导体。

当正向偏置施加在PN结上时，使得发射结正向偏置而集电结反向偏置。

这导致基区中的载流子浓度增加，使得基区变得导电。

当在基极-发射极之间施加一个小的输入电压时，基区中的浓度变化，导致发射极-基极电流（IE）的变化。

根据BJT的放大特性，这个微小的输入电流变化将导致集电极-发射极电流（IC）的大幅度变化。

因此，BJT可以作为电流放大器使用。

通过控制基极-发射极电流，可以得到更大的集电极-发射极电流。

这使得BJT适用于放大和开关电路。

在放大器中，输入信号通过调节基极-发射极电流来放大输出信号。

在开关电路中，可以在集电极-发射极之间形成开关效应。

需要注意的是，BJT的工作原理受到PN结正向偏置、反向偏置和饱和的影响。

在正常工作区域内，BJT是活跃的，并能放大电信号。

然而，当发射极-基极电流超过一定限制时，BJT会进入饱和区，导致性能下降。

总结起来，双极型晶体管的工作原理是通过控制基极-发射极电流来放大集电极-发射极电流。

这使得BJT成为一种重要的电子元件，在电路中广泛应用于放大和开关的功能。

双极型晶体管发射极电流基极电流集电
极电流
双极型晶体管（BJT，Bipolar Junction Transistor）是一种三端器件，通常由两个PN结组成。

这三个端子是：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。

以下是这三种电流的简单描述：
1.发射极电流(Ie): 这是从发射极流出的电流。

在BJT中，当基极电
流存在时，发射极电流主要由载流子从发射极流向集电极的流动组成。

2.基极电流(Ib): 这是流入基极的电流。

尽管基极电流在BJT操作中
相对较小（通常仅为发射极电流的1%），但它对控制从发射极到集电极的电流流动至关重要。

基极电流主要由外部电路提供，用于调制BJT的放大特性。

3.集电极电流(Ic): 这是从集电极流出的电流。

集电极电流主要由从
发射极流向集电极的载流子组成。

在BJT的放大模式下，集电极电流与基极电流之间存在线性关系，通常表示为Ic = β* Ib，其中β是BJT的电流放大系数。

在BJT的正常操作中，发射极电流（Ie）大致等于集电极电流（Ic）与基极电流（Ib）之和，即：Ie = Ic + Ib。

但由于Ic远大于Ib，所以常常忽略Ib，从而简化为Ie ≈Ic。

需要注意的是，这些描述是基于BJT的放大模式。

在BJT的截止和饱和模式下，电流关系会有所不同。

半导体器件⼯艺与物理期末必考题材料汇总半导体期末复习补充材料⼀、名词解释１、准费⽶能级费⽶能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，⽽当半导体的平衡态遭到破坏⽽存在⾮平衡载流⼦时，可以认为分就导带和价带中的电⼦来讲，它们各⾃处于平衡态，⽽导带和价带之间处于不平衡态，因⽽费⽶能级和统计分布函数对导带和价带各⾃仍然是适⽤的，可以分别引⼊导带费⽶能级和价带费⽶能级，它们都是局部的能级，称为“准费⽶能级”，分别⽤E F n、E F p表⽰。

２、直接复合、间接复合直接复合—电⼦在导带和价带之间直接跃迁⽽引起电⼦和空⽳的直接复合。

间接复合—电⼦和空⽳通过禁带中的能级（复合中⼼）进⾏复合。

３、扩散电容PN结正向偏压时，有空⽳从P区注⼊N区。

当正向偏压增加时，由P区注⼊到N区的空⽳增加，注⼊的空⽳⼀部分扩散⾛了，⼀部分则增加了N区的空⽳积累，增加了载流⼦的浓度梯度。

在外加电压变化时，N扩散区内积累的⾮平衡空⽳也增加，与它保持电中性的电⼦也相应增加。

这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产⽣的电容效应，称为P-N结的扩散电容。

⽤CD表⽰。

4、雪崩击穿随着PN外加反向电压不断增⼤，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流⼦受电场加速获得很⾼的动能，与晶格点阵原⼦发⽣碰撞使之电离，产⽣新的电⼦—空⽳对，再被电场加速，再产⽣更多的电⼦—空⽳对，载流⼦数⽬在空间电荷区发⽣倍增，犹如雪崩⼀般，反向电流迅速增⼤，这种现象称之为雪崩击穿。

1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于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。

2、当MOSFET器件尺⼨缩⼩时会对其阈值电压V T产⽣影响，具体地，对于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。

3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE电压控制。

【解释双极型晶体管的发射极电流集边效应】1. 双极型晶体管简介双极型晶体管是一种常见的三端半导体器件，包括基极、发射极和集电极。

它的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极间的流动电子数量。

而发射极电流集边效应是指在双极型晶体管工作时，由于不均匀分布的电场，使得电子在集电极和基极之间的传输受到影响，从而导致电流的极性和大小发生变化。

2. 发射极电流集边效应的成因发射极电流集边效应的主要成因包括集电极和发射极之间的电场不均匀以及集电极和基极之间的电荷分布不均。

在实际工作中，由于器件制造工艺的限制和设计的不完善，这些不均匀性都会对晶体管的正常工作产生一定的影响。

特别是在小尺寸晶体管或高频工作条件下，这种效应更加显著。

3. 对双极型晶体管工作的影响发射极电流集边效应会导致双极型晶体管在工作过程中出现一些异常现象，如跨导下降、频率响应下降、噪声指标变差等。

这些都会影响到器件的性能和可靠性，特别是在一些对性能要求较高的应用场合，如通信、射频放大等。

4. 如何克服发射极电流集边效应针对发射极电流集边效应，工程技术人员可以采取一些措施来克服。

通过合理的器件结构设计，优化电场分布，减小电荷不均。

另外，也可以通过改进制造工艺，提高器件的制造精度和一致性来减小该效应的影响。

在电路设计中也可以采用一些补偿电路来抵消这种效应带来的负面影响。

5. 个人观点和理解对于发射极电流集边效应，我认为这是一个影响双极型晶体管性能的重要因素，需要引起足够的重视。

我们需要从器件制造工艺、结构设计和电路应用等多个方面综合考虑，以克服这一效应，提高器件的性能和可靠性。

总结：发射极电流集边效应是双极型晶体管工作中的一个重要问题，它将影响器件的性能和可靠性。

针对这一效应，我们可以从器件设计、制造工艺和电路应用等方面采取一系列措施来克服。

只有全面理解和认识这一效应，并采取积极的措施加以应对，才能更好地提高器件的性能和可靠性。

双极型晶体管发射极电流集边效应对器件性能的影响是一个复杂且重要的问题。

成都学院10级“微电子器件”期末考试题B卷（答案）一、填空题（20分）1、在N型半导体中，（电子）为多数载流子，（空穴）为少数载流子。

2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（负）荷，N区一侧带（正）电荷。

3、势垒电容反映的是PN结的势垒区电离杂质电荷随外加电压的变化率。

PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（大）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（小）。

4、为了提高晶体管的基区输运系数，应当使基区宽度（远小于）基区少子扩散长度。

5、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数β是指，发射结（正）偏、集电结（零）偏时的（集电极）电流与（基极）电流之比。

6、当（K Pmax）降到1时的频率称为最高振荡频率f M。

7、对于频率不是特别高的一般高频管，提高特征频率f T的主要措施是（减小基区宽度）。

8、MOSFET是利用外加电压产生（电场）来控制漏极电流大小，因此它是（电压）控制器件。

9、跨导gm反映了场效应管（栅源电压）对（漏极电流）控制能力，其单位是（西门子）10、要提高N沟道MOSFET的阈电压V T，应使衬底掺杂浓度N A（提高），使栅氧化层厚度T ox（增厚）。

二选择题（10分）1、当PN结外加正向偏压时，扩散电流（A）漂移电流，当外加反向偏压时，扩散电流（B ）漂移电流。

A 大于，B.小于，C等于，D 不定2、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（ A ），势垒区的势垒高度会（ C ）。

A 变宽， B变窄，C 变高，D 不变3、P＋N结耗尽层宽度主要取决于：BA p＋区浓度B n区的浓度C P＋区和n区的浓度4、限制双极结型晶体管最高工作电压的主要因素是：CA雪崩击穿电压 B基区穿通电压 C雪崩击穿电压和基区穿通电压的较小者5、对于实际的增强型MOSFET，简单说明阈值电压（VT）包括哪几个部分的电压分量（ABD ）（多选） A栅氧化层上的电压Vox，B平带电压VFB ，C源漏电压VDSD 使半导体表面产生强反型层（沟道）所需要的电压2φFP6. 晶体管基区运输系数主要决定于：CA基区浓度 B 基区电阻率和基区少子寿命 C 基区宽度和基区少子扩散长度三、问答题（30分）1、解释PN结内建电场，缓变基区晶体管内建电场。

发射极电流集边效应
发射极电流集边效应是指在场效应管或晶体管中，由于结构或工艺原因，导致电流在发射极集电极结区域集聚的现象。

这种现象会导致发射极电流增大，进而影响器件的工作性能。

发射极电流集边效应是由于发射极与集电极之间的距离较近，因此在发射区域的电子云容易扩散到集电区域。

这样一来，随着电子的扩散，发射电流在集电区域集聚，增加了晶体管或场效应管的导通能力。

发射极电流集边效应的存在会导致以下影响：
1. 发射极电流增大，导致静态工作点发生偏移。

2. 器件的输入阻抗减小，容易导致电路的稳定性问题。

3. 器件的输出电流增大，可能导致功率损耗增加。

为了减小发射极电流集边效应，可以采用以下方法：
1. 增加发射极与集电极之间的间隔，减小扩散效应。

2. 优化器件的工艺设计，减小边缘效应。

3. 在器件结构上引入加工措施，例如使用悬空电极等。

总之，发射极电流集边效应是一种在晶体管或场效应管中常见的现象，需要在器件设计和制造过程中予以注意和解决，以确保器件的正常工作和性能。

晶体管发射极电流集边效应物理意义之探讨* 自然科学资助项目器件研究与制造晶体管发射极电流集边效应物理意义之探讨*石林初(中国华晶电子集团公司 , 无锡 214061摘要由基区电阻的自偏压引起的晶体管发射极电流集边效应 , 是限制晶体管承载电流能力的因素之一 [1~4]。

本文以发射极电流集边效应发生的程度 , 分为四个区域 , 详细探讨了归一化电位和电流密度分布的特点 , 指出 :在Ⅰ~Ⅱ区 , 发射极电流集边效应不明显 , 晶体管承载电流能力主要由发射区面积决定 ; 在Ⅰ~Ⅲ区 , 发射极电流集边效应明显 , 晶体管承载电流能力由发射区面积和发射区有效周长共同决定 ; 在Ⅰ~Ⅳ区发射极电流集边效应已非常突出 , 晶体管承载电流能力由发射区有效周长决定。

关键词晶体管原理发射极电流集边效应基区电阻发射区有效周长有效发射区宽度Discussion on the Physical Meaning of theEdge -Crowding -Effect of Emitter Current in a TransistorShi Linchu(China H uaj ing E le ctronics Group Corp oration 214061Abstract The edg e -crow ding -effect of emitter curr ent in a transistor caused byself -bias of base r esistor is o ne o f the factors to lim it its capability o f loaded current . It is discussed in details in the paper that there are four regions depending upon the case occurred in the edge -cr ow ding -effect o f emitter current , T he distributions and normal-ized v oltage and current density , and their characters are discussed in this paper . It is po inted out that in region (Ⅰ~Ⅱ , the effect is not distinguished , its capability of load-ed cur rent is almo st depending upon the area of emitter . Inregion (Ⅰ~Ⅲ , the effect is distinguished , the capability of lo aded current is depending upo n the area o f emitter and its effctive peripheral leng th . In reg ion (Ⅰ~Ⅳ , the effect is tr em endo us distin-guished , the capability of loaded current is depending upon the effective peripheral leng th of emitter only .Keywords Pr inciple of transistor Edg e -crouding -effect of emitter current Base resistor Effective per ipher al leng th of emitter Effective w idth of emitter1引言如图 1(a 所示的双基极孔单发射极 npn 晶体管 , 当基极电流从两边的接触孔流入基区后 , 沿水平方向向中心流动。