2022-2023学年高二物理竞赛课件：双极结型晶体管

双极结型晶体管发射极注射效率：发射极注射效率定义为即发射极注入到基极的电子电流在总的发射极电流中所占的比例.基区输运因子：基区输运因子定义为即发射极注入到基极的电子电流中能够到达集电极的电子电流所占的比例。共基极直流电流增益：共基极直流电流增益为的意义是发射极注入到基极的电子电流中能够到达集电极的电子电流在总的发射极电流中所占的比例。显然

共发射极电流增益:

（有时也表示成）叫做共发射极直流电流增益。共基极截止频率

:

BJT的交流共基极电流增益下降到的低频共基极电流增益的0.707时的信号频率.共发射极截止频率

:BJT的交流共发射极电流增益下降到的低频共发射极电流增益的0.707时的信号频率

.增益

带宽乘积

:BJT的交流共发射极电流增益的模量下降到1时的频率。*BJT的四种工作模式及工作条件答：四种工作模式是(1)正向有源模式：(2)反向有源模式：(3)饱和模式：(4)截止模式：

*画出能带图简述BJT放大作用答：能带图见图3-6。BJT放大作用：由于发射结正偏，势垒降低，电子将从发射区向基区注入，空穴将从基区向发射区注入。基区出现过量电子，发射区出现过量空穴。过量载流子浓度取决于发射结偏压的大小和掺杂浓度。当基区宽度很小（远远小于电子的扩散长度）时，从发射区注入到基区的电子除少部分被复合掉外，其余大部分能到达集电结耗尽区边缘。集电结处于反向偏压，集电结势垒增加了。来到集电结的电子被电场扫入集电区，成为集电极电流。这个注入电子电流远大于反偏集电结所提供的反向饱和电流，是集电极电流的主要部分。如果在集电极回路中接入适当的负载就可以实现信号放大.

*写出BJT的少子边界条件并画出少子分布示意图答：正向有源工作模式：基区少子满足的边界条件为反向有源工作模式：相应的边界条件为

饱和工作模式：相应的边界条件为截止工作模式：相应的边界条件为此外，

四种工作模式及相应的少子分布示于图3-14中。Vc0正向有源饱和截止反向有源图3-14晶体管四种不同工作模式对应的少数载流子分布*电流增益随集电极电流的变化。答：图为电流增益随集电极电流变化的曲线。当集电极电流大于10mA时，开始平直，然后随着电流的进一步增加而减小。高电流时增益的下降是由于注入的少数载流子密度(电子)变得和基区中的多数载流子（空穴）可比拟，这使得在发射结电流中由基区向发射区注入的那一部分空穴电流增加，致使发射极效率降低和的下落。这是大注入情况，这一节中所求得的公式不再能够应用。在集电极电流小于10mA时，随集电极电流减小而减小。这是由于在小工作电流区基区复合电流大同时基区表面复合电流也显得突出。10-910-110-710-510-310210110010-1hFE图3-13电流增益对集电结电流的依赖关系*电流集聚效应：基极电流是多数载流子电流，它的流动方向垂直于由发射极注入的少数载流子电流。如图3-17所示，这种基极电流在无源和有源的基区都要产生横向的电位降。电位降减少了加在发射结上的正向偏压。在靠近接触的边缘处正偏压比有源区中心处的大。结果是，少数载流子的注入从基区边缘起随着向内的深度而下降。非均匀载流子的注入使得沿着发射结出现非均匀的电流分布。造成在靠近边缘处有更高的电流密度，这种现象称为电流集聚效应。*基区宽度调变效应：根据式（3-12），在共发射极电路中，在时，对于给定的基极电流，集电极电流应当与无关。曲线斜率应为零。但却随的增加而增加。这种现象叫做晶体管的基区宽度调变效应，也称为Early效应。*科尔克（Kirk）效应

在平面型外延晶体管中，外延层的掺杂浓度低于基区掺杂浓度。因而，集电结耗尽层大部分向外延层内扩展，由于耗尽层含有正电荷的固定离子。当发射极电流增加时，大量注入电子抵达集电结，中和了这些荷正电的离子，形成一中性区。从而，使集电结的位置离开发射结更远。当发射极电流很高时，有效基区宽度变宽即移到，在的区域之内，电场很小，电子通过扩散机制输运。结果使变得很大，引起下降。这种效应称为科尔克效应。*画出空间电荷示意图和能带图解释穿通击穿现象若在发生雪崩击穿之前集电结的空间电荷层到达了发射结，则晶体管穿通。一个晶体管的空间电荷及能带分布示于图(3-28)中。在这种条件下，发射区和集电区被连接成好象一个连续的空间电荷区，使发射结处的势垒被穿通时的集电结电压降低了。结果是，使得大的发射极电流得以在晶体管当中流过并发生击穿。这种现象叫做基区穿通。导出NPN缓变基区晶体管:1）.基区的缓变杂质分布引入的自建电场：2）.基区内电子分布：3）.电流：4）.基区输运因子：（3-55）（3-56）解:1）.由2）.由和并利用爱因斯坦关系得到下列方程：将式（2）的两边乘以并对从到