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第6章集成电路器件及SPICE模型26.1无源器件结构及模型6.2二极管电流方程及SPICE模型6.3双极晶体管电流方程及SPICE模型6.4结型场效应管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管电流方程及SPICE模型36.2二极管电流方程及SPICE模型集成电路和半导体器件的各类特性都是PN结相互作用的结果，它是微电子器件的基础。如果通过某种方法使半导体中一部分区域为P型，另一部分区域为N型，则在其交界面就形成了PN结。以PN结构成的二极管的最基本的电学行为是具有单向导电性。4图6.13二极管等效电路模型

Cj和Cd分别代表PN结的势垒电容和扩散电容。

RS代表从外电极到结的路径上通常是半导体材料的电阻，称之为体电阻。

56.2.2二极管的噪声模型热噪声在寄生电阻RS上产生的热噪声：式中，A为结面积。2.闪烁（1/f）噪声和散粒噪声理想二极管产生的1/f噪声和散粒噪声：式中，KF为噪声系数，AF为噪声指数。66.1无源器件结构及模型6.2二极管电流方程及SPICE模型6.3双极晶体管电流方程及SPICE模型6.4结型场效应管JFET模型6.5MESFET模型6.6MOS管电流方程及SPICE模型6.3双极型晶体管电流方程及SPICE模型7SPICE中的双极型晶体管模型常采用Ebers-Moll（即EM）模型和Gummel-Poon（即GP）模型。这两种模型均属于物理模型，其模型参数能较好地反映物理本质且易于测量，所以便于理解和使用。图6.14EM直流模型8由于这种EM模型将电流增益作为频率的函数来处理，对计算晶体管存贮效应和瞬态特性不方便，所以改进的EM模型用了电荷控制观点，即增加电容到模型中。并进一步考虑到发射极、基极和集电极串联电阻，以及集成电路中集电结对衬底的电容，于是得到EM2模型。9图6.15EM2模型10图6.16EM小信号等效电路11GP模型是1970年由H．K．Gummel和H．C．Poon提出的。GP模型对EM2模型在以下几方面作了改进：

1.直流特性：反映了集电结上电压的变化引起有效基区宽度变化的基区宽度调制效应，改善了输出电导、电流增益和特征频率。反映了共射极电流放大倍数β随电流和电压的变化。

2.交流特性：考虑了正向渡越时间τF随集电极电流IC的变化，解决了在大注入条件下由于基区展宽效应使特征频率fT和IC成反比的特性。

3.考虑了大注入效应，改善了高电平下的伏安特性。

4.考虑了模型参数和温度的关系。

5.根据横向和纵向双极晶体管的不同，考虑了外延层电荷存储引起的准饱和效应。1213图6.17GP

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