现代半导体器件第九讲

3.4 反向直流参数及基极电阻
E C
N＋ IEBO VEB
P
B
N
IEBO 连接时示意图
3.4 反向直流参数及基极电阻
ICBO
C
N P
B
VCB
N
E
ICBO 连接时示意图
3.4 反向直流参数及基极电阻
C
N
B
ICEO VCE
P N
E
ICEO 连接时示意图
3.4 反向直流参数及基极电阻
(Si晶体管中，可忽略Ird，IR一般在nA级。) 5.晶体管在ICEO连接时的分析：(共射极最为常用) (1)集电结中的反向电流构成： a.集电结中由反向电压形成的反向饱和电流ICBO。 b.从发射极流出,经晶体管放大以后的电子电流α0ICEO。 (2)发射结中的电流构成：(ICEO情况下发射结微弱正偏) a.发射结本身的电子电流Ine，为主要构成部分。 b.集电结注入的空穴电流和发射结中空穴电流，很小。 (3)电流的连续性方程：
1. 基极电阻的产生： (1) 晶体管的结构特点决定晶体管中电流方向： a. 发射极电流：垂直于结平面。 b. 基极电流：平行于结平面。 (2) 基极电阻的特点：基极电阻分布不均匀。 (电流途径不相同)，又称基极扩展电阻。 (3) 基极电阻的定义：平均压降和平均电流的比值。 (4) 基极电阻的影响因素：基区电流流向、电阻率 和管芯结构等。
I CEO = (1 + β 0 ) I CBO
3.4 反向直流参数及基极电阻
(4) 物理意义： a. 得知CEO 连接时晶体管中的电流构成及关系。 b. ICBO<ICEO , 但它们相差很小，即β0很小。 c. IEBO<ICBO<ICEO ，为什么？ d.Si晶体管中反向电流的影响因素:(ICBO很小，nA量级) (a) 材料影响：试分析？ (b) 制备工艺影响：杂质掺杂浓度及梯度分布不同。 (c) 温度的影响：温度越高，I增大。
三、击穿电压：
1. 击穿电压的定义：反向电压下，电流迅速增大。
3.4 反向直流参数及基极电阻
2. 击穿电压的分类： (1)BVEBO:集电极开路，发射极和基极所能承受的最大 反向电压，即发射结的击穿电压。(20V以内) (2)BVCBO:发射极开路，基极和集电极所能承受的最大 反向电压，即集电结的击穿电压。(几千伏) (3)BVCEO:基极开路，集电极和发射极所能承受的最大 反向电压。(几千伏) 3. 对不同连接下的击穿电压的分析： (1) BVEBO: a.发射结看为单边突变结，且NE>>NB ; b.发射结的击穿电压由低掺杂一侧杂质浓 度决定，当NB减小时，BVEBO增大。 c.发射结一般正向工作，且NB较大。
3.4 反向直流参数及基极电阻
(4)实际测试中的Ic－VCEO击穿曲线： (Mα0=1曲线) a.维持电压VSUS ：击穿时的谷底电压(完全被击穿时)。 b.刚开始击穿时，电压会随电流的增大而增大。 c.击穿进行到一定程度，电压会随电流的增大而减小 (负电阻出现)。 d.完全被击穿时,势垒区完全电离,I基本上保持不变。 (5)共射极连接在不同偏置条件下的击穿电压： a.输入端口基极与射极之间连接电阻RB： (相当于从发射极输运到集电极的电流Inc减小，则 α0减小，则M值增大，击穿电压BVCER>BVCEO。)
则可知与PN结相比较：对M的要求降低了很多， M只要稍大于1一点，就可以实现雪崩击穿。
3.4 反向直流参数及基极电阻
1 再根据PN结雪崩击穿的经验公式： M = V n 1− ( ) VB
由于BVCEO<BVCBO , 所以雪崩击穿条件可写为：
BVCEO =
(3) a. b. (a) (b)
BVCBO (1 + β 0 )
1 n
= (1 − α 0 ) BVCBO
1 n
物理意义： 基极悬空时的击穿电压要比原来的雪崩电压缩小。 对于不同的材料，n值取值不同。 Si: 高阻区为N，为4；高阻区为P型，则为2； Ge: 高阻区为N，为3；高阻区为P型，则为6。
上一节 回忆
(1)什么叫做厄尔利电压，厄尔利电压大小说明什么 物理问题？ (2) 什么叫做反向截止电流，它可以分为几种,试比较 它们的大小？ (3) 三极管的击穿电压分为几种，其中BVCEO的雪崩击穿 的判据是什么？
V PT =
2ε 0 ε s
(1)若穿通电压要低于击穿电压，则击穿电压下降。 (2)穿通的情况,相当于发射结和集电结同时被击穿 。 (3)为了提高击穿电压，需保证基区的宽度大于或 等于雪崩击穿下的势垒区宽度。
2ε 0 ε sV B ) Wb ≥ ( qN B
1 2
3.4 反向直流参数及基极电阻
四、基极电阻：
xdx Se/2 x
梳状晶体管中的基极电阻
3.4 反向直流参数及基极电阻
则根据边界条件可解得： I ( x) = I B (1 − B
x Se 2
2
)
再由欧姆定律可得：
VB ( x) =
则rb1为：
1 Se 2
∫
Se 2 0
I B R ◊b S e VB ( x)dx = 12l e
Vb ( x) R◊b S e rb1 = = IB 6l e 2
3.4 反向直流参数及基极电阻
2.反向截止电流的分类：(电极的接法差异) (1)IEBO:集电极开路,流过发射极、基极间的反向电流。 (2)ICBO:发射极开路,流过集电极、基极间的反向电流。 (3)ICEO:基极开路,流过集电极、发射极间的反向电流。 (IEBO代表E接正极，B接负极，C为开路。) 3.晶体管性能参数对反向漏电流的规定： 4.实际晶体管中的反向电流的构成： R = I rd + I rg + I s I (1) Ird: 反向扩散电流。 (2) Irg: 势垒区产生电流。 (3) Is: 表面漏电流。
3.4 反向直流参数及基极电阻
(2)BVCBO: a.集电结中：NB>>NC ; b.集电结的击穿电压由低掺杂一侧杂质浓度 决定,当NC减小时,BVCBO增大。(均匀基区) c.对于线性缓变结: 击穿电压由杂质浓度梯 度α决定，α增大，BVCBO降低。 d.集电结一般反向工作，NC较小。 (3)BVCEO: a.共射极连接为最常用的连接 ; b.BVCEO反映了晶体管所能输出功率的大小。 ( BVCEO越大，晶体管最大工作电压越大) 4. BVCEO的详细分析和计算 ;
一、均匀基区晶体管直流电流增益
1. 双极晶体管的基本性能参数：(提高电流增益) (1) 反向直流参数： a. 反向截止电流：越小越好。 b. 击穿电压：越大越好。 2. 基极电阻：越小越好。
二、反向截止电流
1.反向截止电流定义：晶体管两个电极间加反向电压， 另一电极开路时，晶体管中流过的电流。 (又称反向漏电流)
现代半导体器件
刘 飞
Tel：84110916 Email：liufei@
中山大学理工学院
第三章 双极晶体管 (1)
3.1 双极晶体管的结构 3.2 双极晶体管的放大原理 3.3 双极晶体管的电流增益 3.4 反向电流参数及基极电阻 3.5 双极晶体管直流伏安特性
3.4 反向直流参数及基极电阻
3.4 反向直流参数及基极电阻
(7) a. (1) (2) (3) b. (1) (2) (3) BJT的穿通对击穿电压的影响：(PNP结为例) PNP结在未穿通之前的状况： 发射结、集电结均为单边突变结。 杂质浓度：NE，NC》NB 。 BJT 的势垒区高度为qVCB+qVBE 。 PNP结在穿通之后的状况： 势垒区的高度由于空间电荷区的相互作用而减小。 N区完全作为空间电荷区而存在。 此时一旦有载流子注入至N区内就会被内电场迅猛 加速，电流就实现迅猛的增大，即看为击穿。
3.4 反向直流参数及基极电阻
同理解得：
V B ( x ) R ◊B S b rb 3 = = IB 6l e 2
而rb2和rbc属于同类区域，即杂质均匀分布区： 由欧姆定律解得： R◊B S eb
rb 2 =
rbc为接触电阻：
1 则一个单元结构的电阻为: rb = ( rb1 + rb 2 + r b 3 + rbc ) 2
le 2 Rc rbc = S b le
3.4 反向直流参数及基极电阻
n个单元结构的电阻为：
1 R◊b S e R◊B S eb R◊B Sb Rc ) rb = ( + + + 2le 12le n 12le S b le
3. 减少基极电阻的措施： (1) 减小发射区、基区条宽，增大le等。 (2) 增大发射极的条数。 (3) 降低基区方块电阻。
3.4 反向直流参数及基极电阻
(1) a. b. c. d. 计算前的对CEO连接的分析： 分析CEO 连接时晶体管中的电流构成及关系。 写出雪崩击穿前后的晶体管中的电流。 根据雪崩倍增因子M的定义列出方程。 再由雪崩击穿的条件进行计算。
MI CBO 雪崩击穿时电流关系：I CEO = 1 − Mα 0 雪崩击穿的条件是：Mα 0 → 1
3.4 反向直流参数及基极电阻
P+ P+ N qVBE EFE EFB q(VCB+VBE) qVCB EFC
P+NP+结在未穿通状态下的能带图Βιβλιοθήκη 3.4 反向直流参数及基极电阻
P+ P+ EFC EFE
P+NP+结在穿通状态下的能带图
3.4 反向直流参数及基极电阻
c. BJT 的穿通：两结的势垒区在基区内相连。 2 此时的电压VPT的表达式： qN BWb
3.4 反向直流参数及基极电阻
晶体管共射极不同偏置下的击穿电压
3.4 反向直流参数及基极电阻