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电子器件基础 晶体管功率特性 如在 JC = Jcr 时,靠集电结(PN)处电场下降到0 (⑤)。 当 JC Jcr 时,负电荷区边界随注入增加向N区收缩,原集电区的一部分变成了基区,使有效基区宽度增加为Wb+△Wb,发生基区扩展⑥。 + N+ P N+ Wc Wb N _ E x △Wb 0 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ Wc 电子器件基础 晶体管功率特性 2 基区扩展 E x △Wb 0 Jcr JC Jcr P N N+ Wc 强场下基区扩展 则: 时 场强大于ES=104V/cm,载流子以极限饱和漂移速度 υS 运动。 电子器件基础 晶体管功率特性 E x △Wb 0 Jcr JC Jcr P N N+ Wc 对集电结势垒区从0—WC积分,电压为VD+VCB不变,得: 由: 基区扩展效应的临界电流密度: (一般主要由集电区掺杂浓度NC决定) 电子器件基础 晶体管功率特性 当 JC Jcr 时发生基区扩展,负电荷区边界收缩到△Wb 处,E(△Wb ) = 0,此时有: 可求出基区扩展宽度为: 总有效基区宽度: 电子器件基础 晶体管功率特性 弱场下基区扩展 ,载流子运动速度 υ υS , 场强 当 JC Jcr 时基区扩展△Wb 弱场下Jcr更小,更容易产生基区扩展效应。 电子器件基础 晶体管功率特性 基区扩展对晶体管特性的影响 n x Wb +△Wb 0 nb(x) P N N+ Wb ne nc Qb 晶体管放大工作,大注入时,发射区注入基区大量的电子; 基区积累电子电荷Qb, 发射结边界电子浓度ne,集电结边界电子浓度nc。 电子器件基础 晶体管功率特性 基区积累电子电荷的总量Qb为四边形的面积, 如:InE ≈ IC α=γβ*≈β* 电子渡越基区的时间: n x Wb +△Wb 0 nb(x) P N N+ Wb ne nc Qb 电子器件基础 晶体管功率特性 nC ↑→△Wb ↑→ τb↑ → fT↓ → α ↓、β↓ 电子器件基础 晶体管功率特性 第3节 发射极电流集边效应 晶体管流过大电流时, 基极电流也较大; 由于基区存在电阻,基 极电流横向流过基区时 产生压降——自偏压; 发射结各处的正偏电压 不一致,发射极中心的基区电位降低,发射结注入电流分布不均匀; 电流在发射极边缘处较大——发射极电流集边效应。 N P N+ N+ e b b Se IB/2 IB/2 LE 电子器件基础 晶体管功率特性 1 基区横向压降 双基极晶体管,发射区中心为 y 坐标的 0 点,沿 y方向发射极电流分布为: 而: N P N+ N+ e b b 0 y Se/2 x IB/2 IB/2 Wb dy 电子器件基础 晶体管功率特性 基区平均电阻率为ρb,基区小体积元的电阻: 基区薄层电阻: R□b= ρb/Wb N P N+ N+ e b b 0 y Se/2 x IB/2 IB/2 Wb dy 小体积元的横向压降: 电子器件基础 晶体管功率特性 是V(y)的二阶线性非齐次微分方程,边界条件为: 注入电流 JE(0)大,基区电阻R□b大,条宽Se大(y大),则基区横向压降V(y)大,发射极电流集边效应严重。 电子器件基础 晶体管功率特性 2 发射极有效条宽 减小基区横向压降和电流集边效应,要减小Se。 规定:基区横向压降变化KT/q(室温下0.026V)时的发射极 条宽为有效条宽Seff ,即V (Seff ) = KT/q, 发射极边缘处电流:JEP=JE(Seff )=e JE(0)=2.718 JE(0) 电子器件基础 晶体管功率特性 3 发射极单位周长电流容量 双基极结构晶体管发射极总电流: 电子器件基础 晶体管功率特性 一般工程上经验选择: 线性放大晶体管: I0 0.05mA/um 一般放大晶体管: I0 = 0.05~0.15mA/um 开关晶体管: I0 0.4mA/um 发射极单位周长电流容量为: fT = β · f ,随频率升高, β 下降,I0 减小。 电子器件基础 晶体管功率特性 4 发射极金属条长 N SM N+ e b b LM P dM 大电流流过发射极,在金属电极上形成压降,产生自偏压效应,使发射结偏压在条长方向分布不均匀,造成电流集中。 金属电极平均电阻: 发射极个数n,总发射极电流IE,金属电阻上的压降限制在KT/q内,即:RM IE / n ≤KT/q, 发射极有效条长: 电子器件基础 晶体管功率
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