半導(dǎo)體器件物理14

1、 2.7 晶體管的反向電流與擊穿特性晶體管的反向電流與擊穿特性晶體管有兩個(gè)晶體管有兩個(gè) PN 結(jié)，在一定的反向偏壓下存在反向電流，結(jié)，在一定的反向偏壓下存在反向電流，并在反向偏壓下高到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生反向擊穿現(xiàn)象。并在反向偏壓下高到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生反向擊穿現(xiàn)象。晶體管的反向電流主要有：晶體管的反向電流主要有： 、 、 。反向電流。反向電流對(duì)晶體管的放大作用沒(méi)有貢獻(xiàn)，它消耗了一部分電源的能對(duì)晶體管的放大作用沒(méi)有貢獻(xiàn)，它消耗了一部分電源的能量，甚至影響晶體管工作的穩(wěn)定性，因此希望反向電流盡量，甚至影響晶體管工作的穩(wěn)定性，因此希望反向電流盡可能小。晶體管的擊穿電壓有可能小。晶體管的擊穿電壓有 、 、

2、 及及穿通電壓穿通電壓 。擊穿電壓決定了晶體管外加電壓的上限。擊穿電壓決定了晶體管外加電壓的上限。晶體管的反向電流與擊穿電壓標(biāo)志著晶體管性能的優(yōu)劣與晶體管的反向電流與擊穿電壓標(biāo)志著晶體管性能的優(yōu)劣與使用的電壓范圍，它們都是晶體管的主要參數(shù)。使用的電壓范圍，它們都是晶體管的主要參數(shù)。 ICBOIEBOICEOBVCBOBVEBOBVCEOVPT1晶體管的反向電流晶體管的反向電流（1）集電結(jié)反向電流（發(fā)射極開(kāi)路）集電結(jié)反向電流（發(fā)射極開(kāi)路）ICBO 定義為發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)定義為發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)的反向電流，如圖所示。的反向電流，如圖所示。PN 結(jié)的結(jié)的反向電流由空間電荷區(qū)外的反向擴(kuò)反向電流由

3、空間電荷區(qū)外的反向擴(kuò)散電流散電流 、空間電荷區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生、空間電荷區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生電流電流 和表面漏電流和表面漏電流 三部分構(gòu)三部分構(gòu)成，即：成，即：ICBOIRIgISIIIISgRCBOnNLDNxDAqI2idCpCpCaBBnBCR2iCCgnWAqI由于由于 隨溫度升高而呈指數(shù)增大，所以隨溫度升高而呈指數(shù)增大，所以 和和 都隨溫度的都隨溫度的升高而呈指數(shù)增大，說(shuō)明升高而呈指數(shù)增大，說(shuō)明 隨溫度升高而快速增大。表隨溫度升高而快速增大。表面漏電流面漏電流 往往比往往比 、 大得多，因此減小大得多，因此減小 ，關(guān)鍵在，關(guān)鍵在于減小于減小 。搞好表面處理，減少玷污，是減小表面漏電流。搞好表面處理，減

4、少玷污，是減小表面漏電流的關(guān)鍵。的關(guān)鍵。 niIRIgICBOISIRIgICBOIS基區(qū)凈受主雜質(zhì)濃度基區(qū)凈受主雜質(zhì)濃度集電區(qū)凈施主雜質(zhì)濃度集電區(qū)凈施主雜質(zhì)濃度集電結(jié)面積集電結(jié)面積集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度NaBNdCACWC（2）發(fā)射結(jié)反向電流（集電極開(kāi)路）發(fā)射結(jié)反向電流（集電極開(kāi)路）IEBO 定義為集電極開(kāi)路（定義為集電極開(kāi)路（ ）時(shí)，發(fā)射結(jié)的反向電流，）時(shí)，發(fā)射結(jié)的反向電流，如圖所示。如圖所示。 與與 類同。類同。 IEBO0CIIEBOICBO（3）集電極發(fā)射極間的穿透電流（基極開(kāi)路）集電極發(fā)射極間的穿透電流（基極開(kāi)路）ICEO 定義為基極開(kāi)路（定義為基極開(kāi)路（ ）時(shí)，

5、集電極發(fā)射極間的）時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向電流，如圖所示。反向電流，如圖所示。ICEO0BI集電結(jié)加的是反向偏壓，發(fā)射結(jié)為正向偏壓。集電結(jié)反偏使集電結(jié)加的是反向偏壓，發(fā)射結(jié)為正向偏壓。集電結(jié)反偏使空穴流向基區(qū)，并在基區(qū)積累，從而使發(fā)射結(jié)變?yōu)檎?，因空穴流向基區(qū)，并在基區(qū)積累，從而使發(fā)射結(jié)變?yōu)檎虼税l(fā)射區(qū)就有電子注入基區(qū)，注入基區(qū)的大部分電子傳輸?shù)酱税l(fā)射區(qū)就有電子注入基區(qū)，注入基區(qū)的大部分電子傳輸?shù)郊姌O形成集電極電流集電極形成集電極電流 。同時(shí)，基區(qū)積累的空穴一。同時(shí)，基區(qū)積累的空穴一部分在基區(qū)與電子復(fù)合，另一部分注入發(fā)射區(qū)與發(fā)射區(qū)電子部分在基區(qū)與電子復(fù)合，另一部分注入發(fā)射區(qū)與發(fā)射區(qū)電子復(fù)

6、合。顯然，這股空穴流動(dòng)形成的電流復(fù)合。顯然，這股空穴流動(dòng)形成的電流 就相當(dāng)于基極就相當(dāng)于基極電流，亦即在基極開(kāi)路時(shí)，電流，亦即在基極開(kāi)路時(shí)， 相當(dāng)于相當(dāng)于 。所以有。所以有)(CnxIICBOICBOIBIIIICBO0CBOCBO0CEO) 1(注：注：此時(shí)的此時(shí)的 是電流為是電流為 時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流放大系數(shù)，通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流放大系數(shù)，通常常 數(shù)值較小，此時(shí)數(shù)值較小，此時(shí) 比正常工作時(shí)的比正常工作時(shí)的 要小很多。要小很多。因此，一般因此，一般 比比 大不了多少。大不了多少。 0ICEOICEO00ICEOICBO2晶體管的反向擊穿電壓晶體管的反向擊穿電壓（1）集電結(jié)反向擊穿電壓（發(fā)射極開(kāi)路）集

7、電結(jié)反向擊穿電壓（發(fā)射極開(kāi)路）BVCBO測(cè)量測(cè)量 的原理圖如下。增大電源電壓時(shí)，反向電流隨之的原理圖如下。增大電源電壓時(shí)，反向電流隨之增加，當(dāng)反向電流增大到規(guī)定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓即為增加，當(dāng)反向電流增大到規(guī)定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓即為 。在軟擊穿特性情況下（圖中乙），在軟擊穿特性情況下（圖中乙）， 比集電結(jié)雪崩擊穿比集電結(jié)雪崩擊穿電壓電壓 ??；在硬擊穿特性下（圖中甲），??；在硬擊穿特性下（圖中甲）， 是由是由 決決定的。定的。 BVCBOBVCBOBVCBOVBBVCBOVB（2）集電極發(fā)射極反向擊穿電壓（基極開(kāi)路）集電極發(fā)射極反向擊穿電壓（基極開(kāi)路）BVCEO基極開(kāi)路（如圖），當(dāng)改變基極開(kāi)路（如圖）

8、，當(dāng)改變電源電壓時(shí)，電流電源電壓時(shí)，電流 隨著隨著增加，當(dāng)?shù)玫揭?guī)定的電流值增加，當(dāng)?shù)玫揭?guī)定的電流值時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓即為時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓即為 。 是晶體管在共發(fā)射極是晶體管在共發(fā)射極應(yīng)用時(shí)，集電極發(fā)射極間應(yīng)用時(shí)，集電極發(fā)射極間所能承受的最大反向電壓。所能承受的最大反向電壓。 ICEOBVCEOBVCEO在基極開(kāi)路，集電結(jié)沒(méi)有發(fā)生雪崩倍增的情況下，有：在基極開(kāi)路，集電結(jié)沒(méi)有發(fā)生雪崩倍增的情況下，有：1） 與與 的關(guān)系的關(guān)系BVCEOBVCBOIICBO0CEO) 1(式中，式中， 為集電結(jié)無(wú)雪崩倍增時(shí)的共基極電流放大系數(shù)。為集電結(jié)無(wú)雪崩倍增時(shí)的共基極電流放大系數(shù)。00CBOCEO1II0001（其中（

9、其中 ）當(dāng)外加偏壓增高，集電結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)時(shí)，設(shè)倍增因子當(dāng)外加偏壓增高，集電結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)時(shí)，設(shè)倍增因子為為 ，有：，有：MM0MM0011MIICBOCEO) 1(MMII0CBOCEO1集電極集電極發(fā)射極反向擊穿時(shí)，令發(fā)射極反向擊穿時(shí)，令 ，有，有BVVCEO1/1CBOCEO00BVBVMn集電結(jié)倍增因子集電結(jié)倍增因子 與外加反向電壓與外加反向電壓 的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示示BVVMnCBO/11（硅的（硅的 值在值在 ）n42MVBVBVnCBO0CEO1BVBVCBOCEO可見(jiàn)，可見(jiàn)， ，要提高，要提高 必須提高必須提高 。 BVCEOBVCBO顯然，當(dāng)顯然

10、，當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，發(fā)生了擊穿，此時(shí)在集電，發(fā)生了擊穿，此時(shí)在集電極極發(fā)射極間加的反向電壓即為擊穿電壓發(fā)射極間加的反向電壓即為擊穿電壓 。ICEOBVCEO10M2）集電極發(fā)射極反向擊穿特性曲線）集電極發(fā)射極反向擊穿特性曲線經(jīng)常可以看到經(jīng)?？梢钥吹?有負(fù)阻現(xiàn)象，有負(fù)阻現(xiàn)象，如圖所示。在基極開(kāi)路，外加電壓如圖所示。在基極開(kāi)路，外加電壓增高至增高至 時(shí)，集電結(jié)有雪崩倍時(shí)，集電結(jié)有雪崩倍增效應(yīng)發(fā)生，雪崩碰撞產(chǎn)生的空穴增效應(yīng)發(fā)生，雪崩碰撞產(chǎn)生的空穴被集電結(jié)空間電荷區(qū)電場(chǎng)掃入基區(qū)，被集電結(jié)空間電荷區(qū)電場(chǎng)掃入基區(qū)，由于基極開(kāi)路，這些空穴不能從基由于基極開(kāi)路，這些空穴不能從基區(qū)流走，而是去填充發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)

11、，使發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)區(qū)流走，而是去填充發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)，使發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)變窄，正向偏壓增大。掃入基區(qū)的空穴，也同時(shí)填充集電結(jié)空變窄，正向偏壓增大。掃入基區(qū)的空穴，也同時(shí)填充集電結(jié)空間電荷區(qū)，使其變窄，結(jié)果使集電結(jié)反向偏壓減小。雖然集電間電荷區(qū)，使其變窄，結(jié)果使集電結(jié)反向偏壓減小。雖然集電結(jié)反向偏壓減小，雪崩倍增因子減小了，但因結(jié)反向偏壓減小，雪崩倍增因子減小了，但因 隨集電極電隨集電極電流增大而增大，流增大而增大， 仍朝著趨近于仍朝著趨近于 1 的方向增大。所以，集的方向增大。所以，集電極電流也仍然繼續(xù)不斷地增大，也就出現(xiàn)集電結(jié)反向偏壓減電極電流也仍然繼續(xù)不斷地增大，也就出現(xiàn)集電結(jié)反向偏壓減

12、小而集電極電流卻增大的負(fù)阻現(xiàn)象。小而集電極電流卻增大的負(fù)阻現(xiàn)象。 VICECBVCEO0M0（3）發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓（集電極開(kāi)路）發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓（集電極開(kāi)路）BVEBO如圖所示為測(cè)量的如圖所示為測(cè)量的 原理圖。發(fā)射極加反偏，若改變?cè)韴D。發(fā)射極加反偏，若改變電源電壓，當(dāng)電源電壓，當(dāng) 得到規(guī)定的電流值時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射結(jié)外得到規(guī)定的電流值時(shí)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射結(jié)外加反向偏壓即為加反向偏壓即為 。 一般與基區(qū)雜質(zhì)濃度有關(guān)。一般與基區(qū)雜質(zhì)濃度有關(guān)。BVEBOIEBOBVEBOBVEBO3穿通擊穿穿通擊穿在測(cè)量平面晶體管集電結(jié)反向擊穿特性時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖在測(cè)量平面晶體管集電結(jié)反向擊穿特性時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖所示的電流電壓曲線。當(dāng)反向電壓超過(guò)所示的電流電壓曲線。當(dāng)反向電壓超過(guò) （基區(qū)穿通電（基區(qū)穿通電壓）時(shí)，反向電流隨電壓近似于線性地增加，電壓增高到壓）時(shí)，反向電流隨電壓近似于線性地增加，電壓增高到（雪崩擊穿電壓）才是發(fā)生正常的雪崩擊穿。發(fā)