晶体管原理(3-6).

1、 如果把基极电流如果把基极电流 IB 从基极引线经非工作基区流到工作基区从基极引线经非工作基区流到工作基区 所产生的电压降，当作是由一个电阻产生的，则称这个电阻为所产生的电压降，当作是由一个电阻产生的，则称这个电阻为 基极电阻基极电阻，用，用 r bb 表示。由于基区很薄，表示。由于基区很薄，rbb 的截面积很小，使的截面积很小，使 r bb 的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。 以下的分析以以下的分析以 NPN 管为例。管为例。 ( 1 ) 基极金属电极与基区的欧姆接触电阻基极金属电极与基区的欧姆接触电阻 rcon bbconcbb

2、b rrrrr ( 2 ) 基极接触处到基极接触孔边缘的电阻基极接触处到基极接触孔边缘的电阻 rcb ( 3 ) 基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻 rb ( 4 ) 工作基区的电阻工作基区的电阻 rb 基极电阻基极电阻 rbb 大致由下面四部分串联构成大致由下面四部分串联构成： 3.6.1 方块电阻方块电阻 对于均匀材料，对于均匀材料， 对于沿厚度方向对于沿厚度方向 ( x 方向方向 ) 不均匀的材料，不均匀的材料， NWqWWLW L R 11 口 00 11 dd WW R xqN x 口 对于矩形的薄层材料，总电阻就是对于矩形的薄层材料，总电阻就是 R

3、口 口 乘以电流方向上的 乘以电流方向上的 方块个数，即方块个数，即: 口口 方块个数） RR d L Wd L R( 晶体管中各个区的方块电阻分别为：晶体管中各个区的方块电阻分别为： L d I 发射区：发射区： je E nE 0 1 d x R qNx 口 工作基区：工作基区：指正对着发射区下方的在指正对着发射区下方的在 WB = xjc - - xje 范围内的范围内的 基区，也称为基区，也称为 有源基区有源基区 或或 内基区内基区 。 jcB je B1B1 pBpB 0 11 , dd xW x RR qNxqNx 口口 或 非工作基区：非工作基区：指在发射区下方以外从表面到指在发

4、射区下方以外从表面到 xjc 处的基区，处的基区， 也称为也称为 无源基区无源基区 或或 外基区外基区 。 jc B2 pB 0 1 d x R qNx 口 口E R B1口 R 2B口 R B W je x jc x 为了降低为了降低 rcon 与与 rcb ，通常对基极接触孔下的无源基区进行，通常对基极接触孔下的无源基区进行 高浓度、深结深的高浓度、深结深的重掺杂。重掺杂。 E N B N + B N + jc x B3 R 口 C N + jc B3 + pB 0 1 d x R qNx 口 无源基区的方块电阻为无源基区的方块电阻为 方块电阻还可以用来表示掺杂总量或多子电荷总量。方块电阻

5、还可以用来表示掺杂总量或多子电荷总量。 例如例如 对于有源基区，其掺杂总量和多子电荷总量可分别表为对于有源基区，其掺杂总量和多子电荷总量可分别表为 B B E BBEB 0 nB1 E BBEB 0 nB1 d d W W A NANx qR A QAqNx R 口 口 3.6.2 rcon 与与 rb 式中，式中， C 为为 欧姆接触系数欧姆接触系数 ，单位为，单位为.cm2 ， 随半导体类型、随半导体类型、 掺杂浓度及金属种类不同而不同，参见表掺杂浓度及金属种类不同而不同，参见表 3-2 。 通常掺杂浓度通常掺杂浓度 越高，越高， 则则 C 越小。越小。 A C r con 2Bb口 宽

6、长 Rr con b bB2 2 2 C r lS d rR l 口 双基极条结构的双基极条结构的 rcon 与与 rb EB d Se Sb l B d Sb 圆环形基极条结构的圆环形基极条结构的 rcon 与与 rb B2 d d , 2 r r R r 口 段上的电阻为 dS dB Se con 22 SB 4 () C r dd B e B2 2 b 2 B2B e d 2 ln 2 d S R rr r Rd S 口 口 3.6.3 rb 与与 rcb 在产生电阻在产生电阻 rb 与与 rcb 的基区内，基极电流是随距离变化的分的基区内，基极电流是随距离变化的分 布电流布电流 Ib(

7、y) ，因此这个区域内的基极电阻是因此这个区域内的基极电阻是分布分布参数参数而不是而不是集集 中参数。但是对于了解一些现象的物理机理，以及对于一些简中参数。但是对于了解一些现象的物理机理，以及对于一些简 化的工程计算及电路研究而言，可以化的工程计算及电路研究而言，可以采用采用 等效电阻等效电阻 的概念。的概念。 这里的等效，是指这里的等效，是指 集中集中电流电流 IB 在等效电阻上消耗的功率在等效电阻上消耗的功率 与与 分布电流分布电流 Ib(y) 在相应的基区内消耗的实际功率在相应的基区内消耗的实际功率 相等。相等。 双基极条结构的双基极条结构的 rb B b e ( ) I Iyy S ，

8、 b B ( ) 2 Iy I y e 2S e 2S0 分布电流为分布电流为 B1 d , y R l 口 dy 段上的电阻为段上的电阻为 Ib(y) 在在 dy 段电阻上的功耗为段电阻上的功耗为 222 B1B bB1 e d ( )()d RIy IyRyy lSl 口 口 e B1 222 eB 2 bBB1 0 e 2()d 12 S SIR PyyIR Sll 口 口 Ib(y) 在有源基区内的功耗为在有源基区内的功耗为 22 e B bBB1 12 S I rIR l 口 得：得： e bB1 12 S rR l 口 2 e bBB1 12 S PIR l 口 根据等效电阻的概念

9、，这个功率应该与根据等效电阻的概念，这个功率应该与集中集中电流电流 IB 在等效在等效 电阻电阻 rb 上的功耗上的功耗 相等。相等。 令：令： b B b b 22 B3B cb 0 b 2 b BB3 2 , B cb b cbB3 ( ), 2 2()d 2 6 6 S I Iyy S RI Pyy Sl S IR l I r S rR l 口 口 口 B 2 I B 2 I b S b S yy 00 双基极条结构的双基极条结构的 rcb 圆环形基极结构的圆环形基极结构的 rb 圆环形基极结构的圆环形基极结构的 rcb 很小，可以忽略。很小，可以忽略。 2 B b 2 e B1 4 (

10、 ), d d, 2 I Irr S r rR r 口 段上的电阻为 e 22 B1B 2 b 2 0 e 2 B B1 2 B b bB1 4 ()d 2 8 , 1 8 S RI Prr Sr I R I r rR 口 口 口 e 2 S b ( )Ir e 2 S r 0 圆环行基极圆环行基极: 降低降低 rbb 的措施的措施 （1）减小）减小 R口 口B1 与 与 R口 口B2 ，即增大基区掺杂与结深，但这会 ，即增大基区掺杂与结深，但这会 降低降低 ，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。 （2）无源基区重掺杂）无源基区重掺杂, 以减小以减小 R口 口B3 和 和 C 。 （3）减小）减小 Se 、Sb 与与 d ，增长，增长 l ， 即采用