半导体器件物理双极型晶体管功率特性.pptVIP

第一页，共30页 4－1 基区串联电阻RB 一、基区串联电阻RB的组成特点 1、基区串联电阻RB的组成 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，用 rB 表示。由于基区很薄，rB 的截面积很小，使 rB 的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。 第二页，共30页 基极电阻 rB 大致由下面四部分串联构成： ( 1 ) 基极金属电极与基区的欧姆接触电阻 rcon ( 2 ) 基极接触处到基极接触孔边缘的电阻 rB3 ( 3 ) 基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻 rB2 ( 4 ) 工作基区的电阻（发射极正下方） rB1 所以： 第三页，共30页 2、基区串联电阻RB的特点 (1) 对多子电流IB呈现的电阻（基极电流为多子电流）； (2) 实际基区串联电阻RB由四部分组成； (3) 多子电流IB流动方向上的截面积很小导致RB1较大； (4) RB3 和RB1是“分布电阻”不能采用常规的电阻计算公式。 注：流过普通电阻的电流时均匀的，而流过基极电阻的电流是不均匀的，产生的压降也不均匀，因而基区电阻一般采用平均电压法或平均功率法。 第四页，共30页 二、基区串联电阻RB的影响 1、由基区自偏压效应导致的电流集边效应 晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，由此而产生发射极电流集边效应（也称为基区电阻自偏压效应）。 2、使输入阻抗增大 3、在线路应用中形成反馈（影响晶体管的功率特性和频率特性） 第五页，共30页 三、方块电阻的计算 对于均匀材料， 对于沿厚度方向 ( x 方向 ) 不均匀的材料 第六页，共30页 对于矩形的薄层材料，总电阻就是 R口 乘以电流方向上的方块个数，即 第七页，共30页 四、降低RB的措施 1、增大基区掺杂浓度（适当） 2、增大基区宽度（适当） 注： 以上两个措施会降低电流增益，降低发射结击穿电压，提高发射结势垒电容 3、减小电极条的宽度以及电极条之间的间距（取决于光刻工艺水平） 4、采用双基极条结构 第八页，共30页 4－2 发射极电流集边效应与晶体管图形设计 一、发射极电流集边效应 1、基区自偏压效应 (1) 考虑基区电阻的EB结等效电路 第九页，共30页 (2) 基区自偏压 晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，称为基区电阻自偏压效应（也称为发射极电流集边效应）。 (3) EB结面上的实际偏置电压（VBE）J 外加在BE电极上偏压（VBE）A， 实际落在BE结上的电压（VBE）J 则： ? （VBE）A （VBE）J ； ? BE 结上不同位置，（VBE）J不同。 注：由于发射区重掺杂，可认为是等电位的。 第十页，共30页 2、发射极电流集边效应 (1) 发射极电流集边效应 晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，称为发射极电流集边效应。 (2) 电流集边效应的影响 ? 发射区边缘处电流密度较大，易导致局部过热； ? 发射区边缘处电流密度较大，易导致局部大注入效应； ? 发射极电流不均匀，会导致发射区下方的横向基极电流不 均匀，故研究实际的横向电压降随距离的变化需用二维分析。 第十一页，共30页 二、晶体管发射区设计 1、单位发射区条长允许的最大电流 (1) 考虑问题的出发点 由于电流集边效应，发射极边上的电流密度将大于发射结上的平均电流密度，由大注入而产生的基区扩展效应将首先在边界上发生。为防止基区扩展效应，需合理选取发射条周界上的电流容量。 (2) 单位发射区条长允许的最大电流(工程实用数据) ① 线性放大应用 ICMI 0.05mA/um ② 功率放大应用 ICMI 0.04mA/um ③ 开关应用 ICMI 0.4mA/um 且随频率增加而减小。 第十二页，共30页 2、发射极条长的限制（选讲） 发射极条长的自偏压效应 电极的根部到端部的电压差等于KT/e时对