2-5大电流效应和基区宽变效应.ppt

作业2-5叙述三个大电流效应产生的原理，对BJT性能的影响。**半导体器件原理ch2-5大电流效应和基区宽变效应郭伟玲2.5大电流效应和基区宽变效应(Early效应)Chapter2BJT直流特性2.5大电流效应和基区宽变效应(Early效应)大电流效应大注入效应有效基区扩展效应（kirk效应）发射极电流集边效应2.基区宽变效应(Early效应)1.大电流效应双极晶体管的大电流效应包括:大注入效应、有效基区扩展效应(Kirk效应)、准饱和效应以及发射极电流集边效应。①大注入效应1）什么是大注入(高电平注入)：指PN结外加正向电压时，注入少数载流子密度等于或超过多子平衡态密度的工作状态。2）大注入内建电场图2-29NPN晶体管基区载流子分布（a）小注入b）大注入小注入时，注入的电子密度远低于平衡态空穴密度，认为多子空穴平衡分布与平衡态近似相同。大注入时，注入电子密度超过空穴平衡态密度，电中性要求，空穴的密度梯度与电子的密度梯度相等。由于存在密度梯度，空穴将自发射结向集电结扩散，而一旦扩散开来，电中性就受到破坏，为维持空穴这一相应的积累，需建立一电场来阻止空穴的扩散，这个电场就是大注入内建电场，其方向是从集电结指向发射结，对注入到基区的电子起加速作用。平衡态时，多子电流准中性第一项表示在大注入下，由基区杂质分布梯度产生的有效电场，对均匀基区，这一项等于零。第二项表示少子注入基区后，为维持电中性，积累相应的空穴而产生的大注入自建电场，它随注入水准的提高而增强。极大注入时，均匀和缓变基区晶体管，基区自建电场都由注入载流子的分布梯度dnpB(x)/dx决定。考虑到大注入电场后，电子电流密度为大注入内建电场εBI的表达式对于均匀基区，dNAB/dx=0，上式变为(2-181)若忽略基区复合，JnB(x)=JnB(0)=JnB=常数，对上式从0~WB进行积分，并利用在正向有源区，基区边界条件nPB（WB）＝0，(2-182）大注入正向传输电流密度表达式讨论?小注入nPBNAB，?极大注入nPBNAB，形式上少子扩散系数乘以2，基区电流中自建电场所产生的漂移分量和分布梯度所产生的扩散分量相等，DnB→2DnB，说明大注入内建电场对注入载流子的输运起加速作用。大注入电场对基区渡越时间的影响小注入时为大注入基区内建电势(VBI)：大注入基区内建电场沿纵向建立的集电结势垒边界到发射结势垒边界的电势差因为由于存在VBI，外加于基极－发射极引出端的VBE只有一部分降在发射结上，因而VBE＝VBI+VJE(VJE被看作是“工作电压”)（2-195)3）大注入电导调制基区大注入工作时，非平衡多子密度和少子密度都超过平衡多子密度，因而使基区电导率明显增大，这就是基区电导调制小注入时，大注入时，小注入时边界载流子(少子)密度与VJE的关系是由下式确定3）大注入电导调制(续)小注入非平衡多子密度的边界值近似等于其平衡态值，即大注入假定发射结过渡区内玻尔兹曼准平衡近似成立，过渡区外准中性近似成立，边界载流子密度满足下述关系(2-198）（2-199）发射区高掺杂，多子密度平衡态值高，未进入大注入工作状态，因而仍可认为非平衡多子密度的边界值近似等于平衡态值。是VjE，不是VBE3）大注入电导调制(续)图2－31大注入时发射结势垒两侧的载流子分布4〕大注入工作时的电流增益和正向传输电流(均匀基区)?由于基区电导调制效应，基区电阻率ρB下降，发射效率降低，使电流增益下降，此现象称为Rittner效应。?大注入自建电场，在极大注入下，电子扩散系数由DnB变成2DnB，L2nB=Dτ变成2L2nB，基区输运系数增加，使电流增益增加。也可以这样理解：β*=1-IrB/InB=1-τB/τnB，在极大注入下，τB变成小注入下的1/2，基区复合减小了，电流增益增加了。大注入基区内建电场减缓大电流增益的下降，通常称此效应为Webster(韦伯斯脱)效应。（2.3节补充公式）4〕大注入工作时的电流增益和正向传输电流(均匀基区)(续)(2--182）我们知道又因为(2-212)因为，VBE==VJE+VBI：（2-213）4〕大注入工作时的电流增益和正向传输电流(均匀基区)(续)代入(2-212)得(2-214）小注入时正向传输电流极大注入时带入（2-213）式可得（2-217）4〕大注入工作时的电流增益和正向传输电流(