半导体器件原理第三章2

1、，将其代入少子电流方程，求出，将其代入少子电流方程，求出 与与 ，进而，进而 基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场，使基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场，使少子在基区内以漂移运动为主，少子在基区内以漂移运动为主，故故缓变基区晶体管又缓变基区晶体管又称为称为 漂移漂移晶体管。晶体管。 以以NPN 管为例，结电压为管为例，结电压为 VBE 与与 VBC 。 本节主要思路：本节主要思路：令基区多子电流为零，解出基区内建电场令基区多子电流为零，解出基区内建电场nEBbJQ求出基区渡越时间求出基区渡越时间 ，最后求出：，最后求出： Bb1* xnJBnE,BQ 1、内建电场的形成、

2、内建电场的形成杂质浓度分布图：杂质浓度分布图：0jCxjExPNN xNB0 xjCxjEx xNECN 在实际的缓变基区晶体管中，在实际的缓变基区晶体管中， = 4 8 。 设基区杂质浓度分布为：设基区杂质浓度分布为： 式中式中 是表征基区内杂质是表征基区内杂质变化程度的一个参数：变化程度的一个参数： 当当 = 0 时为均匀基区。时为均匀基区。BBBWxNxNexp)0()()()0(lnBBBWNNexp)0()(BBBNWNBW0BBWNx 0BN xNB 由于由于 ， ，故对电子起加速作用，称为，故对电子起加速作用，称为加速场加速场 。 令基区多子电流为零：令基区多子电流为零：0)()

3、(xpqdxxdpqDJBpBpp 得内建电场为：得内建电场为：00dxdNBdxxdpxpDBBpp)()(1 小注入时，基区中总的多子浓度即为平衡多子浓度：小注入时，基区中总的多子浓度即为平衡多子浓度：)()()(xNxpxpBBOBdxxdNxNDBBnn)()(1 将基区电场将基区电场 代入电子电流方程中，可得注入基区的少子代入电子电流方程中，可得注入基区的少子电流为：电流为： 2、基区少子分布与少子电流、基区少子分布与少子电流dxdNNnqDdxdnqDnqdxdnqDJBBBnBnBnBnnEBBWBBnWBnENndqDdxNJ0001exp)(0kTqVnWnBCBBB dxd

4、NndxdnNqDxNJBBBBnBnEdxNndqDBBn)0()0()()(BBBBBBnNnWNWnqD)0()0(BBnNnqDBWBBBnnEdxNNnqDJ0)0()0(1exp1exp21212kTqVnRqkTkTqVnDRqJBEiBnpBEinBpnE口口BWBpBdxNqR011口口 根据非均匀材料方块电阻表达式，缓变基区的方块电阻为：根据非均匀材料方块电阻表达式，缓变基区的方块电阻为：于是于是 JnE 可表示为：可表示为：1exp)0()0(2kTqVNnnBEBiB1exp02kTqVdxNnqDBEWBinB 下面求基区少子分布下面求基区少子分布 nB (x) :

5、在前面的积分中将下限由在前面的积分中将下限由 0 改为基区中任意位置改为基区中任意位置 x ，得：，得：BWxBBBnnEdxNxNxnqDJ)()(由上式可解出由上式可解出 nB (x) 为：为： BnBnEBWxBBnnEWxBBnnEBWxqDWJdxWxNxNqDJdxxNxNqDJxnBB1exp1exp0)()()()(对于均匀基区：对于均匀基区： BBBnBnEBWxnWxqDWJxn101lim0纵轴：纵轴：横轴：横轴： xnWJqDBBnEBBWx 当当 较大时，上式可简化为：较大时，上式可简化为：3、基区渡越时间与基区输运系数、基区渡越时间与基区输运系数 注：当将注：当将D

6、n 写为写为DB 时，上式同时适用于时，上式同时适用于PNP 管和管和NPN 管。管。 对于均匀基区，对于均匀基区， BBbDW2lim20 当当 时，时， 分别为：分别为： 这表这表明明 由于内建电场的存在使少子的渡越时间大为减小。由于内建电场的存在使少子的渡越时间大为减小。864，112，6414361083 eDWJdxxnqJQnBnEWBnEBbB11222011222BBbDW进一步可求得基区输运系数进一步可求得基区输运系数 为：为：*11221122BBBbLW4、注入效率与电流放大系数、注入效率与电流放大系数 已知从发射区注入基区的电子电流为：已知从发射区注入基区的电子电流为：

7、类似地可得从基区注入发射区的空穴电流为：类似地可得从基区注入发射区的空穴电流为：上式中：上式中：1exp2B1kTqVnRqkTJBEipnnE口1exp2EkTqVnRqkTJBEipnpE口EBWEnWBpdxNqRdxNqR0E0B11,1口口口口1111111BEBEnEpEpEnEnEEnERRRRJJJJJJJ口口口口于是可得缓变基区晶体管的注入效率为：于是可得缓变基区晶体管的注入效率为：以及：以及：1121122112211111221BEBBBEBBRRLWRRLW口口口口5、 小电流时小电流时 的下降的下降 实测表明，实测表明， 与发射极电流与发射极电流 IE 有如下图所示的

8、关系。有如下图所示的关系。 上式中：上式中：nErEBErEpEnEnEEnEJJRRJJJJJJ111口口口口 原因：原因：发射结正向电流很小时，发射结势垒区复合电流发射结正向电流很小时，发射结势垒区复合电流 JrE 的比例增大，使注入效率下降。当的比例增大，使注入效率下降。当 JrE 不能被忽略时有：不能被忽略时有：kTqVnLNxJJBEiBEdnErE2exp2 当电流很小，即当电流很小，即 VBE 很小时，很小时， 很大，使很大，使 很小，从而很小，从而 很小。很小。nErEJJ 随着电流的增大，随着电流的增大， 减小，当减小，当 但仍不能被忽略但仍不能被忽略时，有：时，有：nErE

9、JJ1nErEJJnErEBEJJRR11口口 当电流很大时，当电流很大时， 又会开始下降，这是由于大注入效应和又会开始下降，这是由于大注入效应和基区扩展效应引起的。基区扩展效应引起的。 当电流继续增大到当电流继续增大到 可以被忽略时，则有：可以被忽略时，则有：nErEJJ11BERR口口 6、重掺杂的影响、重掺杂的影响 重掺杂效应：重掺杂效应：当当 NE 太高时，不但不能提高注入效率太高时，不但不能提高注入效率 ，反而会使其下降，从而使反而会使其下降，从而使 和和 下降。下降。 原因：发射区禁带宽度变窄原因：发射区禁带宽度变窄 与与 俄歇复合增强俄歇复合增强。 对于室温下的对于室温下的 Si

10、 ：212163kTNqqEsEsG1022.52118meVNEEG (1) 禁带变窄禁带变窄GEVEVECECEGEGE 发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度 ni 发生变化：发生变化： kTERRJJkTERRnnRRJJkTqVnRqkTJkTqVnRqkTJnkTEnkTEENNnkTENNnGBEnEpEGBEiBiEBEnEpEBEiEEnppEBEiBBnpnEiBGiBGGvciEGvciBexp11,exp,1exp,1exp,expexp,exp112212212222口口口口口口口口而先增大。但当而先增大。但当 NE 超过超过 后，后， 反而下降，反而下降， 当当NE 增大时，增大时， 减小，减小， 增加，增加， 随随NE 增大增大1BERR口口口口 kTEGexp319105 1cm）（从而导致从而导致 与与 的下降。的下降。 (2) 俄歇复合增强俄歇复合增强EEEDN kTERRJJGBEnEpEexp111口口ELpEJ8、异质结晶体管（、异质结晶体管（HBT） 上式中，上式中， ，当，当 时，时， ， 则