半导体器件物理14

§2.7晶体管的反向电流与击穿特性晶体管有两个PN结，在一定的反向偏压下存在反向电流，并在反向偏压下高到一定程度时会发生反向击穿现象。晶体管的反向电流主要有：、、。反向电流对晶体管的放大作用没有贡献，它消耗了一部分电源的能量，甚至影响晶体管工作的稳定性，因此希望反向电流尽可能小。晶体管的击穿电压有、、及穿通电压。击穿电压决定了晶体管外加电压的上限。晶体管的反向电流与击穿电压标志着晶体管性能的优劣与使用的电压范围，它们都是晶体管的主要参数。1．晶体管的反向电流（1）集电结反向电流（发射极开路）定义为发射极开路时，集电结的反向电流，如图所示。PN结的反向电流由空间电荷区外的反向扩散电流、空间电荷区内的产生电流和表面漏电流三部分构成，即：由于随温度升高而呈指数增大，所以和都随温度的升高而呈指数增大，说明随温度升高而快速增大。表面漏电流往往比、大得多，因此减小，关键在于减小。搞好表面处理，减少玷污，是减小表面漏电流的关键。→基区净受主杂质浓度→集电区净施主杂质浓度→集电结面积→集电结空间电荷区宽度（2）发射结反向电流（集电极开路）定义为集电极开路（）时，发射结的反向电流，如图所示。与类同。（3）集电极发射极间的穿透电流（基极开路）定义为基极开路（）时，集电极－发射极间的反向电流，如图所示。集电结加的是反向偏压，发射结为正向偏压。集电结反偏使空穴流向基区，并在基区积累，从而使发射结变为正偏，因此发射区就有电子注入基区，注入基区的大部分电子传输到集电极形成集电极电流。同时，基区积累的空穴一部分在基区与电子复合，另一部分注入发射区与发射区电子复合。显然，这股空穴流动形成的电流就相当于基极电流，亦即在基极开路时，相当于。所以有注：此时的是电流为时所对应的电流放大系数，通常数值较小，此时比正常工作时的要小很多。因此，一般比大不了多少。2．晶体管的反向击穿电压（1）集电结反向击穿电压（发射极开路）测量的原理图如下。增大电源电压时，反向电流随之增加，当反向电流增大到规定值时所对应的电压即为。在软击穿特性情况下（图中乙），比集电结雪崩击穿电压小；在硬击穿特性下（图中甲），是由决定的。（2）集电极－发射极反向击穿电压（基极开路）基极开路（如图），当改变电源电压时，电流随着增加，当得到规定的电流值时所对应的电压即为。是晶体管在共发射极应用时，集电极－发射极间所能承受的最大反向电压。在基极开路，集电结没有发生雪崩倍增的情况下，有：1）与的关系式中，为集电结无雪崩倍增时的共基极电流放大系数。（其中）当外加偏压增高，集电结发生雪崩倍增效应时，设倍增因子为，有：集电极－发射极反向击穿时，令，有集电结倍增因子与外加反向电压的关系可用经验公式表示（硅的值在）可见，，要提高必须提高。显然，当时，，发生了击穿，此时在集电极－发射极间加的反向电压即为击穿电压。2）集电极－发射极反向击穿特性曲线经常可以看到有负阻现象，如图所示。在基极开路，外加电压增高至时，集电结有雪崩倍增效应发生，雪崩碰撞产生的空穴被集电结空间电荷区电场扫入基区，由于基极开路，这些空穴不能从基区流走，而是去填充发射结空间电荷区，使发射结空间电荷区变窄，正向偏压增大。扫入基区的空穴，也同时填充集电结空间电荷区，使其变窄，结果使集电结反向偏压减小。虽然集电结反向偏压减小，雪崩倍增因子减小了，但因随集电极电流增大而增大，仍朝着趋近于1的方向增大。所以，集电极电流也仍然继续不断地增大，也就出现集电结反向偏压减小而集电极电流却增大的负阻现象。（3）发射结反向击穿电压（集电极开路）如图所示为测量的原理图。发射极加反偏，若改变电源电压，当得到规定的电流值时所对应的发射结外加反向偏压即为。一般与基区杂质浓度有关。3．穿通击穿在测量平面晶体管集电结反向击穿特性时，有时会出现如图所示的电流－电压曲线。当反向电压超过（基区穿通电压）时，反向电流随电压近似于