理學(xué)雙極型晶體管功率特性

會計學(xué)1理學(xué)雙極型晶體管功率特性2晶體管的輸出功率受：

集電極最大電流ICM

最大耗散功率PCM

二次擊穿特性（臨界功率）最高耐壓BVcbo、BVceo的限制。第四章雙極型晶體管的功率特性安全工作區(qū)本章將圍繞安全工作區(qū)的要求，討論大功率（大注入）下的直流特性第1頁/共115頁34.1集電極最大允許工作電流ICM晶體管電流放大系數(shù)與集電極電流的關(guān)系見圖4-1。在大電流下，b0隨Ic增加而迅速減小，限制了晶體管最大工作電流。

晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于g和b*，分析大電流下哪些特殊效應(yīng)使g和b*發(fā)生哪些變化。為了衡量晶體管電流放大系數(shù)在大電流下的下降程度，特定義:共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù)b0下降到最大值b0M的一半(即bo／boM＝0.5)時所對應(yīng)的集電極電流為集電極最大工作電流，記為ICM第2頁/共115頁44.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響b隨IC的增加而下降：發(fā)射效率g、基區(qū)輸運(yùn)b*、（勢壘、表面）復(fù)合基區(qū)大注入效應(yīng)有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)1.基區(qū)大注入下的電流2.基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)3.基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響均勻基區(qū)，緩變基區(qū)（強(qiáng)場、弱場）第3頁/共115頁54.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響1.基區(qū)大注入下的電流（以n-p-n管為例）大注入時，大注入自建電場作用下通過n+-p結(jié)的電子電流密度為：對于均勻基區(qū)晶體管（1-48）第4頁/共115頁6（4-1）（4-2）與第二章小注入情況相比：由于大注入自建電場的漂移作用，同樣的注入邊界濃度下Dnb----2Dnb，JnE增大一倍；同樣的JnE，邊界濃度及梯度只需一半?！c§1.3中的結(jié)論一樣。第5頁/共115頁7

對于緩變基區(qū)晶體管，基區(qū)內(nèi)已經(jīng)存在著由于雜質(zhì)分布不均勻而產(chǎn)生的緩變基區(qū)自建電場。在大注入情況下，注入的大量非平衡少子將改變這個電場。這個過程比較復(fù)雜，書中給出簡單近似分析。得出結(jié)論：在發(fā)射極電流密度很大的情況下，基區(qū)電子濃度線性分布，且與雜質(zhì)分布情況無關(guān)（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。由于大注入下擴(kuò)散、漂移各半，電子濃度梯度只為小注入時的一半時即可維持與小注入下相當(dāng)?shù)碾娏髦?。僅僅是數(shù)學(xué)形式上得到的推論。第6頁/共115頁8a圖以電場因子h為參量，同圖2-13；b圖以d即Jne為qDnbNb(0)/Wb的倍數(shù)為參量，表示注入水平（在h=8時）。第7頁/共115頁9結(jié)論：大注入對緩變基區(qū)晶體管基區(qū)電子及其電流密度的影響與對均勻基區(qū)晶體管的相似。這是因為在大注入條件下的緩變基區(qū)中，大注入自建電場對基區(qū)多子濃度梯度的要求與基區(qū)雜質(zhì)電離以后形成的多子濃度梯度方向是一致的，這時雜質(zhì)電離生成的多子不再象小注入時那樣向集電結(jié)方向擴(kuò)散并建立緩變基區(qū)自建電場，而是按照基區(qū)大注入自建電場的要求去重新分布。因此，不同電場因子的緩變基區(qū)在大注入下有相同的電子濃度分布?？梢哉f，在大注入情況下，大注入自建電場取代（掩蓋）了由于雜質(zhì)分布不均勻所形成的電場（緩變基區(qū)自建電場）。

第8頁/共115頁10在(大注入、緩變基區(qū))自建電場E作用下對多子空穴,動態(tài)平衡時,擴(kuò)散流等于漂移流,第9頁/共115頁11第一項是緩變基區(qū)自建電場分量,隨注入水平提高(nb增大)而減小。對于均勻基區(qū)，此項自然為零。

第二項是大注入自建電場分量，隨注入水平提高(nb增大，梯度增大)而增大（并在nb>>NB時趨于常數(shù)）。故，特大注入時，只有大注入自建電場起作用，而且其作用的極限是使基區(qū)少子分布梯度相當(dāng)于小注入時的一半。第10頁/共115頁124.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響2.基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)大注入：注入少子濃度接近以至超過平衡多子濃度基區(qū)大注入時，注入基區(qū)的電子濃度接近甚至超過基區(qū)空穴平衡濃度。另外，為了維持電中性，基區(qū)積累起與少子相同濃度和分布的空穴（非平衡多子）參見圖2-15c、d。第11頁/共115頁13第12頁/共115頁14第13頁/共115頁15第14頁/共115頁16注入載流子以及為維持電中性而增加的多子使得基區(qū)電阻率顯著下降，并且電阻（導(dǎo)）率隨注入水平變化，稱為基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)4.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響2.基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)可見，非平衡少子濃度的變化引起基區(qū)電阻率的變化（調(diào)制）實際上，引起電阻率變化的因素包括高濃度的非平衡少子，但作為基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)影響電流放大系數(shù)（發(fā)射效率）的是基區(qū)多子——空穴第15頁/共115頁174.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響發(fā)射效率項勢壘復(fù)合項基區(qū)輸運(yùn)（體復(fù)合）項表面復(fù)合項3.基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響第16頁/共115頁184.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響表示發(fā)射結(jié)勢壘復(fù)合的第二項在大注入下可以忽略，故只需討論其余三項在大注入下如何變化。

第一項：小注入時的發(fā)射效率項。大注入下基區(qū)電阻率的變化使發(fā)射效率項變?yōu)椋?-14）第三項：體復(fù)合項，它表示基區(qū)體復(fù)合電流Ivb與發(fā)射極注入的電子電流Ine之比。若基區(qū)電子壽命為tnb，則（4-15）3.基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響第17頁/共115頁194.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響3.基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響（4-16）（4-1）第四項：基區(qū)表面復(fù)合項，表示基區(qū)表面復(fù)合電流與發(fā)射極電子電流之比。將式(2—66)與式(4－1)相比，即可得到大注入下基區(qū)表面復(fù)合項。（2-66）（4-17）第18頁/共115頁20這里用基區(qū)邊界的注入電子濃度近似代表整個基區(qū)內(nèi)的注入電子濃度。

都很大（4-19）（4-18）（4-20）由于基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，相當(dāng)于基區(qū)摻雜濃度增大，穿過發(fā)射結(jié)的空穴電流分量增大，使g降。第二項、第三項表明，由于大注入下基區(qū)電子擴(kuò)散系數(shù)增大一倍，可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半，復(fù)合幾率下降，所以使體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合均較小注入時減少一半。缺勢壘復(fù)合項第19頁/共115頁21圖4-31/b隨Ie的變化在小電流下，大注入自建電場的作用使基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)增加（極限2倍）在大電流下，基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)引起發(fā)射效率下降（起主要作用）第20頁/共115頁22緩變基區(qū)中，大注入自建電場的作用破壞了緩變基區(qū)自建電場，在特大注入時，基區(qū)少子完全受大注入自建電場的作用，和均勻基區(qū)情況一樣，擴(kuò)散系數(shù)增大一倍?；鶇^(qū)渡越時間都趨于Wb2/4Dnb第21頁/共115頁234.1集電極最大允許工作電流ICM晶體管電流放大系數(shù)與集電極電流的關(guān)系。在大電流下，b0隨Ic增加而迅速減小，限制了晶體管最大工作電流。

晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于g和b*。共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù)b0下降到最大值b0M的一半(即bo／bOM＝0.5)時所對應(yīng)的集電極電流為集電極最大工作電流，記為ICM小結(jié)第22頁/共115頁244.2基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響1.基區(qū)大注入下的電流在發(fā)射極電流密度很大的情況下，基區(qū)電子濃度線性分布，且與雜質(zhì)分布情況無關(guān)（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。由于大注入下擴(kuò)散、漂移各半，電子濃度梯度只為小注入時的一半時即可維持與小注入下相當(dāng)?shù)碾娏髦怠?.基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)注入載流子以及為維持電中性而增加的多子使得基區(qū)電阻率顯著下降，并且電阻（導(dǎo)）率隨注入水平變化，稱為基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)3.基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響由于基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，相當(dāng)于基區(qū)摻雜濃度增大，穿過發(fā)射結(jié)的空穴電流分量增大，使g降。由于大注入下基區(qū)電子擴(kuò)散系數(shù)增大一倍，可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半，復(fù)合幾率下降，所以使體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合均較小注入時減少一半。小結(jié)第23頁/共115頁254.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)是引起大電流下晶體管電流放大系數(shù)下降的另一重要原因。因系大電流下集電結(jié)空間電荷分布情況發(fā)生變化而造成的β下降(以及fT下降)，因此又稱為集電結(jié)空間電荷區(qū)電荷限制效應(yīng)。所對應(yīng)的最大電流稱為空間電荷限制效應(yīng)限制的最大集電極電流。由于合金管與平面管集電結(jié)兩側(cè)摻雜情況不同，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷分布及改變規(guī)律不同，受電流變化的影響也不同。第24頁/共115頁264.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)圖4-5均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展均勻基區(qū)晶體管（合金管）單邊突變結(jié)近似空間電荷區(qū)主要向基區(qū)側(cè)擴(kuò)展小電流下，按耗盡層近似，有大電流下，大量空穴流過空間電荷區(qū)，不再滿足耗盡層近似正電荷區(qū)電荷密度負(fù)電荷區(qū)電荷密度結(jié)上電壓VC不變，則電場強(qiáng)度曲線包圍面積不變，于是，正電荷區(qū)收縮，負(fù)電荷區(qū)略展寬P+P+n0xpxnXnWbWb’Wcib1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)”第25頁/共115頁274.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)圖4-6基區(qū)寬度隨電流的變化xJcWbWcibJcr0-xm0Xm(Jc)P+nP+將電流密度轉(zhuǎn)換成載流子濃度，代入一維泊松方程可得空間電荷區(qū)寬度xm與集電極電流（密度）Jc關(guān)系，進(jìn)而得到感應(yīng)基區(qū)和有效基區(qū)寬度與電流密度的關(guān)系——均勻基區(qū)晶體管有效基區(qū)擴(kuò)展的規(guī)律。1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第26頁/共115頁284.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)（4-23）（4-24）（4-25）左邊：（4-22）1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第27頁/共115頁294.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)（4-26）右邊：（4-27）得到：（4-29）令：（4-28）xm01.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第28頁/共115頁304.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)（4-29a）圖4-6基區(qū)寬度隨電流的變化當(dāng)p<<ND時，即小注入情況，xm≈xm0，集電結(jié)空間電荷區(qū)邊界不動。當(dāng)p>>ND時，即特大注入情況，xm→0，有效基區(qū)寬度擴(kuò)展到cb結(jié)冶金結(jié)處。當(dāng)p=ND時，Jc=Jcr,xm=xm0.1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第29頁/共115頁314.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)實際上，由：（1-92）當(dāng)時，第30頁/共115頁324.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)1.均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)則當(dāng)認(rèn)為則（4-29a）第31頁/共115頁334.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)對于平面管（以n+-p-n-n+為例），其基區(qū)雜質(zhì)濃度高于集電區(qū)，集電結(jié)空間電荷區(qū)主要向集電區(qū)一側(cè)擴(kuò)展。當(dāng)大量載流子——電子穿過集電結(jié)空間電荷區(qū)時，引起另一種類型的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)。由于電子的流入，引起負(fù)空間電荷區(qū)（基區(qū)側(cè)）電荷密度增加，正空間電荷區(qū)（集電區(qū)側(cè)）電荷密度減小。為保持電中性，負(fù)空間電荷區(qū)寬度變窄，而正空間電荷區(qū)展寬。當(dāng)電流密度很大時，載流子——電子的濃度達(dá)到以至超過原正空間電荷密度，使原正空間電荷區(qū)變成中性區(qū)以至負(fù)電荷區(qū)，正負(fù)電荷區(qū)邊界改變，發(fā)生有效基區(qū)擴(kuò)展。

第32頁/共115頁344.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)圖4-7緩變基區(qū)晶體管cb結(jié)空間電荷區(qū)電場分布圖4-5均勻基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展P+n0xpxnXn”WbWb’WcibE2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第33頁/共115頁354.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)由于電流密度與載流子濃度、載流子漂移速度成正比，半導(dǎo)體中載流子遷移率（漂移速度）又隨電場強(qiáng)度而變化，所以，不同電場強(qiáng)度下，同樣的電流密度可有不同的載流子濃度，對空間電荷的補(bǔ)償作用及規(guī)律也不同。緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)分強(qiáng)場和弱場兩種情況：在強(qiáng)場中，載流子以極限漂移速度運(yùn)動，電流的增大依靠載流子濃度的增大；在弱場中，電流的增大依靠載流子漂移速度的增大（電場有限地增大），載流子濃度可以不變。2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第34頁/共115頁362.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)4.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況弱場情況第35頁/共115頁374.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況（4-33）（4-32）（4-34）2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第36頁/共115頁384.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況（4-34）a.小注入，耗盡層近似；b.隨Jc增大，斜率下降，斜線變平緩；c.當(dāng)Jc=Jcr=qNDvsl時，E(x)=E(0)，正負(fù)電荷在n區(qū)兩側(cè)；d.當(dāng)Jc>Jcr時，n區(qū)出現(xiàn)負(fù)電荷，曲線斜率為負(fù)，在Jc=Jcr'時，E(0)=0；e.Jc>Jcr'時，發(fā)生基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)。2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第37頁/共115頁394.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況（4-35）（4-36）（4-36a）因Jc>Jcr'開始有效基區(qū)擴(kuò)展，故Jcr'被稱為平面管強(qiáng)場下有效基區(qū)擴(kuò)展的臨界電流密度。2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)0~Wc內(nèi)積分，VD-Vc為集電結(jié)上電壓。第38頁/共115頁404.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況（4-37）（4-38）（4-39）2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第39頁/共115頁414.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)強(qiáng)場情況緩變基區(qū)晶體管集電結(jié)空間電荷區(qū)主要向集電區(qū)側(cè)擴(kuò)展大量載流子流過電荷區(qū)，改變其中電荷密度強(qiáng)場時，載流子達(dá)到極限漂移速度，電流增大，載流子濃度增大Jc=Jcr=qNDvsl時，載流子電荷恰好中和集電區(qū)電荷，正負(fù)電荷分布在集電區(qū)兩側(cè)Jc=Jcr'時，E(0)=0；Jcr'被稱為平面管強(qiáng)場下有效基區(qū)擴(kuò)展的臨界電流密度感應(yīng)基區(qū)擴(kuò)展的極限是n-n+交界面小結(jié)2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第40頁/共115頁424.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)弱場情況2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第41頁/共115頁434.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)弱場情況如果Jc=Jcr=qvslND(NA)時，cb結(jié)勢壘區(qū)場強(qiáng)小于104V/cm,則處于弱場情況載流子在勢壘區(qū)中尚未達(dá)到極限漂移速度，載流子的漂移速度與電場強(qiáng)度成正比電流(Jc=qvncn)的增加依靠載流子速度的提高來實現(xiàn)載流子速度的提高依靠電場強(qiáng)度的提高此時n=Nc，集電結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)凈電荷為零，電場保持均勻隨著Jc增大，勢壘區(qū)保持均勻電場向襯底收縮，同時均勻的電場強(qiáng)度增大，發(fā)生緩變基區(qū)晶體管弱場下的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)？第42頁/共115頁444.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)弱場情況當(dāng)n=Nc時，dE/dx=0.

隨著Jc增大，若n增加，使n>Nc，則有凈電荷，使|E(x)|隨x增大。而若|E(x)|增大，則n減小，這將使|E(x)|減小所以，當(dāng)n=Nc時，弱場下，電場區(qū)將保持n=Nc，而dE/dx=02.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第43頁/共115頁454.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)弱場情況有多余部分n積累在電場區(qū)邊界做為負(fù)電荷層以維持電場，弱場中只允許n=Nc的電子流過。外加電壓不變，電場分布曲線包圍面積不變，E(x)曲線包圍區(qū)域隨Jc增大而變窄、增高，直至達(dá)到強(qiáng)場，n才可以大于Nc，v=vsl。2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第44頁/共115頁464.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)弱場情況2.緩變基區(qū)晶體管的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第45頁/共115頁474.3有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)小結(jié)有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)是大電流（密度）下造成晶體管電流放大系數(shù)下降的重要原因之一。根據(jù)晶體管結(jié)構(gòu)和工作條件，有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)分三種類型，有各自的擴(kuò)展規(guī)律、機(jī)制和臨界電流密度。1.均勻基區(qū)：有即有擴(kuò)展，時

2.緩變強(qiáng)場：時，開始擴(kuò)展。3.緩變?nèi)鯃觯簳r，開始擴(kuò)展。由于的變化，改變了空間電荷區(qū)電場和電荷分布，出現(xiàn)有效基區(qū)擴(kuò)展，本質(zhì)上都是集電結(jié)空間電荷區(qū)總電荷在一定的集電結(jié)偏壓作用下恒定的限制所造成的，故也稱集電結(jié)空間電荷區(qū)電荷限制效應(yīng)。第46頁/共115頁484.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)第47頁/共115頁494.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)實際晶體管中，基極電流平行于結(jié)平面流動基極電流在狹長的基極電阻上產(chǎn)生平行于結(jié)平面方向的橫向壓降大電流下，橫向壓降也很大，明顯改變eb結(jié)各處實際電壓，導(dǎo)致各處實際注入電流的懸殊差異電流大部分集中在發(fā)射區(qū)邊界，使發(fā)射區(qū)面積不能充分利用電流的局部集中使得在小電流下局部也有較大的電流密度，從而引起局部的“大注入”效應(yīng)和有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)第48頁/共115頁504.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)發(fā)射極電流分布發(fā)射區(qū)有效寬度發(fā)射極有效長度基極電阻的變化發(fā)射極電流集邊效應(yīng)發(fā)射區(qū)有效（半）寬度發(fā)射極有效長度發(fā)射極峰值電流密度發(fā)射極平均電流密度概念定義計算第49頁/共115頁514.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)1.發(fā)射極電流分布（1-37）由于p-n結(jié)電流與結(jié)電壓的指數(shù)關(guān)系，發(fā)射結(jié)偏壓越高，發(fā)射極邊緣處的電流較中間部位的電流越大，這種現(xiàn)象稱為發(fā)射極電流集邊效應(yīng)。這種效應(yīng)是由于基區(qū)體電阻的存在引起橫向壓降所造成的，又稱之為基極電阻自偏壓效應(yīng)。第50頁/共115頁524.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)圖4-13發(fā)射極上的電流分布1.發(fā)射極電流分布第51頁/共115頁534.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)2.發(fā)射極有效寬度發(fā)射極電流集邊效應(yīng)(或基極電阻自偏壓效應(yīng))增大了發(fā)射結(jié)邊緣處的電流密度，使之更容易產(chǎn)生大注入效應(yīng)或有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)，同時使發(fā)射結(jié)面積不能充分利用，因而有必要對發(fā)射區(qū)寬度的上限作一個規(guī)定。

為充分利用發(fā)射區(qū)面積，限制集邊效應(yīng)，特規(guī)定：發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為kT/q時所對應(yīng)的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度，記為2Seff。Seff稱為有效半寬度。第52頁/共115頁544.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)2.發(fā)射極有效寬度第53頁/共115頁554.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)（4-44）（4-45）rb的自偏壓2.發(fā)射極有效寬度第54頁/共115頁564.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)（4-46）0E區(qū)VYV(Y)VE(y)V(y)——沿Y方向的電勢分布VE(y)——沿Y方向eb結(jié)上電壓分布2.發(fā)射極有效寬度第55頁/共115頁574.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)（4-47）邊界條件：解得：（4-48）2.發(fā)射極有效寬度第56頁/共115頁584.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)（4-49）可代替JE(0)計算Seff，意義更明顯，運(yùn)用更方便。2.發(fā)射極有效寬度第57頁/共115頁594.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)有關(guān)定義均以發(fā)射極寬度等于有效寬度為前提。當(dāng)發(fā)射極寬度大于有效寬度時，可認(rèn)為中心附近區(qū)域（Seff之外區(qū)域)對器件工作不起作用，或沒有電流（實際很?。Ｉ鲜鲇懻撘詙=0為坐標(biāo)原點，但Seff是從發(fā)射極邊緣向中心計算的。2.發(fā)射極有效寬度第58頁/共115頁604.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)3.發(fā)射極有效長度定義：沿極條長度方向，電極端部至根部之間壓降為kT/q時所對應(yīng)的發(fā)射極長度稱為發(fā)射極有效長度作用：類似于基極電阻自偏壓效應(yīng)，但沿Z方向，作用在結(jié)的發(fā)射區(qū)側(cè)計算：與基極電阻相同求法求出發(fā)射極條等效電阻后,按定義求出。圖4-17沿發(fā)射極條長方向的電流分布第59頁/共115頁614.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)4.基極電阻的變化大電流下，計算基極電阻時，發(fā)射極電流均勻分布的假設(shè)不再成立。由于集邊效應(yīng)，使得與Ie復(fù)合的基極電流也不再線性減小大注入效應(yīng)所引起的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使基區(qū)電阻大為減小有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)也使基區(qū)電阻減小

總之，大電流下，基極電阻會大為減小。但一般難于計算，可通過實驗測得。第60頁/共115頁624.4發(fā)射極電流集邊效應(yīng)小結(jié)發(fā)射極電流分布發(fā)射區(qū)有效寬度發(fā)射極有效長度基極電阻的變化發(fā)射極電流集邊效應(yīng)發(fā)射區(qū)有效（半）寬度發(fā)射極有效長度發(fā)射極峰值電流密度發(fā)射極平均電流密度概念定義計算為充分利用發(fā)射區(qū)面積，限制集邊效應(yīng)，特規(guī)定：發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為kT/q時所對應(yīng)的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度，記為2Seff。Seff稱為有效半寬度。大電流下，計算基極電阻時，發(fā)射極電流均勻分布的假設(shè)不再成立。由于集邊效應(yīng)，使得與Ie復(fù)合的基極電流也不再線性減小大注入效應(yīng)所引起的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使基區(qū)電阻大為減小有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)也使基區(qū)電阻減小

總之，大電流下，基極電阻會大為減小。但一般難于計算，可通過實驗測得。第61頁/共115頁634.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度由于電流集邊效應(yīng)，使得在大電流情況下晶體管的電流容量不是取決于發(fā)射區(qū)面積，而是取決于發(fā)射區(qū)的周長。為此，特定義單位發(fā)射極周長上的電流為線電流密度：第62頁/共115頁644.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度上式中JCM為保證不發(fā)生基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)或基區(qū)大注入效應(yīng)的最大(面)電流密度。由于二者數(shù)值不等，在設(shè)計晶體管時應(yīng)按較小的電流密度做為計算依據(jù)。一般說來，合金型晶體管基區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于集電區(qū)雜質(zhì)濃度，容易發(fā)生基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。而外延平面(臺面)管，因基區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集電區(qū)雜質(zhì)濃度，易于發(fā)生向集電區(qū)延伸的有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)。第63頁/共115頁654.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度按基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)計算，定義：注入到基區(qū)eb結(jié)側(cè)邊界少子濃度達(dá)到基區(qū)雜質(zhì)濃度時所對應(yīng)的發(fā)射極電流密度為受基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)限制的最大發(fā)射極電流密度。對于均勻基區(qū)管：對于緩變基區(qū)管：(4-1)第64頁/共115頁664.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度按有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)計算，定義：基區(qū)開始擴(kuò)展時的臨界電流密度為最大集電極電流密度。對于均勻基區(qū)管：對于緩變基區(qū)管：強(qiáng)場弱場圖4-6基區(qū)寬度隨電流的變化第65頁/共115頁674.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度在晶體管設(shè)計時，應(yīng)按上述各式求出發(fā)生基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)及有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)的最大電流密度，選其中較小者作為設(shè)計的上限，以保證在正常工作時晶體管中不會發(fā)生嚴(yán)重的基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)及基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)。第66頁/共115頁684.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度

在功率晶體管中，常常會遇到“改善大電流特性”的問題。所謂改善大電流特性，就是指設(shè)法將b0或fT開始下降的電流提高一些，或者說是如何提高集電極最大工作電流ICM的問題。對于圖形確定的晶體管，改善大電流特性主要是提高發(fā)射極單位周長電流容量(即提高線電流密度)，可以考慮的途徑是：①外延層電阻率選得低一些，外延層厚度盡可能小些；②直流放大系數(shù)b0或fT盡量做得大些;③在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)提高集電結(jié)的偏壓及降低內(nèi)基區(qū)方塊電阻。其中①、②兩項可調(diào)整的范圍大些，但第①項又受擊穿電壓指標(biāo)的限制，第②項受成品率等的限制，b0、fT也不能做得太高；考慮到發(fā)射結(jié)擴(kuò)散及發(fā)射結(jié)擊穿電壓，內(nèi)基區(qū)方塊電阻又不能做得太小，所以提高線電流密度的限度也是有限的。如實在滿足不了要求，只能靠加長發(fā)射極總周長來改善大電流特性。第67頁/共115頁694.5發(fā)射極單位周長電流容量——線電流密度小結(jié)由于電流集邊效應(yīng)，在大電流情況下晶體管的電流容量取決于發(fā)射區(qū)的周長。定義單位發(fā)射極周長上的電流為線電流密度

為保證不發(fā)生基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)或基區(qū)大注入效應(yīng)，在設(shè)計時應(yīng)按較小的電流密度做為計算依據(jù)。按基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)計算，定義：注入到基區(qū)eb結(jié)側(cè)邊界少子濃度達(dá)到基區(qū)雜質(zhì)濃度時所對應(yīng)的發(fā)射極電流密度為受基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)限制的最大發(fā)射極電流密度。按有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)計算，定義：基區(qū)開始擴(kuò)展時的臨界電流密度為最大集電極電流密度。改善大電流特性，就是指設(shè)法將b0或fT開始下降的電流提高一些，或者說是如何提高集電極最大工作電流ICM的問題。第68頁/共115頁704.6晶體管最大耗散功率PCM最大耗散功率是從熱學(xué)角度限制晶體管最大輸出功率的參數(shù)。這是設(shè)計、制造大功率晶體管必須考慮的重要參數(shù)之一。晶體管具有功率放大作用，并不是說它本身產(chǎn)生能量，晶體管只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成輸出信號的能量，使輸出信號功率Po比輸入信號功率Pi大Kp倍(Kp＝Po/Pi)。在轉(zhuǎn)換過程中晶體管本身還要消耗一定的功率Pc。第69頁/共115頁714.6晶體管最大耗散功率PCM晶體管耗散的功率PC轉(zhuǎn)換成為熱量。一部分散發(fā)到環(huán)境中；一部分使結(jié)溫升高。晶體管在進(jìn)行功率放大時，eb結(jié)正偏，cb結(jié)反偏，cb結(jié)的結(jié)電阻遠(yuǎn)大于eb結(jié)的結(jié)電阻，故晶體管的功率消耗主要在集電結(jié)，發(fā)熱也主要在集電結(jié)。晶體管最大耗散功率PCM不僅限制了晶體管的工作點，也通過轉(zhuǎn)換效率限制其輸出功率(圖4-18)。晶體管最大耗散功率受熱阻、最高允許結(jié)溫和環(huán)境溫度限制。第70頁/共115頁724.6晶體管最大耗散功率PCM熱阻

如果晶體管耗散功率所轉(zhuǎn)換的熱量大于單位時間所能散發(fā)出去的熱量，多余的熱量將使結(jié)溫Tj升高。如果環(huán)境溫度記為TA，則管芯每單位時間向外部散發(fā)的熱量應(yīng)為Q＝K(TJ一TA)，K為平均熱導(dǎo)。隨著結(jié)溫的升高，散熱能力也增大，當(dāng)晶體管產(chǎn)生的熱量(以消耗的電功率表示)與單位時間所能散發(fā)的熱量相等時，達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)，此時：第71頁/共115頁734.6晶體管最大耗散功率PCM熱導(dǎo)率晶體管管芯到管殼的熱阻稱為內(nèi)熱阻。晶體管熱阻包括Si片、Au—Sb片、Mo片及銅管座等構(gòu)成的內(nèi)熱阻，以及外接觸熱阻及散熱片熱阻等?？偀嶙钁?yīng)為各部分熱阻串聯(lián)之總和。

晶體管中的實際情況遠(yuǎn)比上述分析復(fù)雜得多，這是因為，①各部位并非均為嚴(yán)格的片狀材料；②熱流方向不可能是一維的；③電流在集電結(jié)非均勻分布，④強(qiáng)迫冷卻條件的變化；……這些因素都使得熱阻的計算既復(fù)雜又粗略，故一般都通過實驗來確定。熱阻第72頁/共115頁744.6晶體管最大耗散功率PCM最大耗散功率晶體管的最大耗散功率PCM即當(dāng)結(jié)溫Tj達(dá)到最高允許結(jié)溫TjM時所對應(yīng)的耗散功率。

當(dāng)環(huán)境溫度為T時:第73頁/共115頁754.6晶體管最大耗散功率PCM最大耗散功率熱阻小結(jié)最高結(jié)溫：硅管150~200℃，鍺管85~120℃。第74頁/共115頁764.7二次擊穿和安全工作區(qū)二次擊穿現(xiàn)象二次擊穿特點及實驗結(jié)果分析二次擊穿原因分析及改善措施電流集中二次擊穿雪崩注入二次擊穿安全工作區(qū)第75頁/共115頁774.7二次擊穿和安全工作區(qū)圖4-21二次擊穿現(xiàn)象1.二次擊穿現(xiàn)象當(dāng)晶體管集電結(jié)反偏增加到一定值時，發(fā)生雪崩擊穿，電流急劇上升。當(dāng)集電結(jié)反偏繼續(xù)升高，電流Ic增大到某—值后,cb結(jié)上壓降突然降低而Ic卻繼續(xù)上升，即出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)(如圖4—21)，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。第76頁/共115頁784.7二次擊穿和安全工作區(qū)圖4-21二次擊穿現(xiàn)象A點稱為二次擊穿觸發(fā)點。該點所對應(yīng)的電流及電壓分別稱為

二次擊穿觸發(fā)電流ISB與

二次擊穿觸發(fā)電壓VSB。晶體管在Ib＞0、Ib＝0、Ib＜0條件下均可發(fā)生二次擊穿，分別稱之為基極正偏二次擊穿、

零偏二次擊穿和

反偏二次擊穿。1.二次擊穿現(xiàn)象第77頁/共115頁794.7二次擊穿和安全工作區(qū)圖4-22二次擊穿臨界線將不同Ib下的觸發(fā)點A連成曲線，得到二次擊穿臨界線(圖4-22)。從發(fā)生雪崩擊穿并到達(dá)A點至發(fā)生二次擊穿，這中間僅需ms-ms數(shù)量級的時間間隔。這段時間稱為二次擊穿觸發(fā)時間，記為td。在td時間內(nèi)，消耗在晶體管中的能量稱為二次擊穿觸發(fā)能量。顯然，ESB（或二次擊穿觸發(fā)功率PSB)越大，發(fā)生二次擊穿越困難，該晶體管抗二次擊穿能力越強(qiáng)。因此，ESB也叫二次擊穿耐量。1.二次擊穿現(xiàn)象第78頁/共115頁804.7二次擊穿和安全工作區(qū)分析整個二次擊穿過程，大致可以分為如下四個階段：

(1)在擊穿或轉(zhuǎn)折電壓下產(chǎn)生電流不穩(wěn)定性；(2)從高電壓區(qū)轉(zhuǎn)至低電壓區(qū)，即結(jié)上電壓崩落，該擊穿點的電阻急劇下降；(3)低壓大電流范圍：此時半導(dǎo)體處于高溫下，擊穿點附近的半導(dǎo)體是本征型的；(4)電流繼續(xù)增大，擊穿點熔化，造成永久性損壞。上述一系列過程僅僅發(fā)生在ms—ms范圍內(nèi)。如果沒有保護(hù)電路，晶體管很快被燒毀。1.二次擊穿現(xiàn)象第79頁/共115頁814.7二次擊穿和安全工作區(qū)2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析分析二次擊穿現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有如下顯著持點：(1)從高壓低電流區(qū)急劇地過渡到低壓大電流區(qū)、呈現(xiàn)負(fù)阻特性。(2)發(fā)生二次擊穿時，原先大體上均勻分布的電流會急劇地集中在發(fā)射區(qū)的某一部分經(jīng)過大量實驗結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)二次擊穿具有如下規(guī)律：(1)在Ib＞0、Ib＝0、Ib＜0時都可以發(fā)生二次擊穿，且在不同基極偏置條件下，二次擊穿觸發(fā)功率(PSB＝ISBVSB)間滿足如下關(guān)系：PSBF>PSB0>PSBR

顯然，Ib＜0時PSB最小，意味著其它條件相同時基極反偏時最易發(fā)生二次擊穿。

第80頁/共115頁824.7二次擊穿和安全工作區(qū)

(2)二次擊穿臨界(觸發(fā))電流ISB與臨界[觸發(fā))電壓VSB不是相互獨立的，而是滿足關(guān)系式ISB∝VSB-m。其中m與晶體管種類及制作方法有關(guān)。一般說來，對于緩變結(jié)m＝1.5，而對于突變結(jié)m＝4(指集電結(jié)而言)(3)二次擊穿觸發(fā)功率與晶體管特征頻率之間存在著一定的關(guān)系:式中，Kf為晶體管常數(shù)，mf為相關(guān)指數(shù),其數(shù)值介于0.5～1之間。PSB不僅與fT有關(guān)，還與測量脈寬有關(guān)。在fT相同時，脈寬越窄，PSB越高。如圖4-23所示。2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第81頁/共115頁834.7二次擊穿和安全工作區(qū)圖4-23PSB與fT測量脈寬的關(guān)系2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第82頁/共115頁844.7二次擊穿和安全工作區(qū)

(4)二次擊穿觸發(fā)能量與基極電阻及基區(qū)電阻率有關(guān)。圖4—24所示為某鍺功率管的實驗曲線。由圖可見?；鶇^(qū)電阻越大，PSB越低。圖4-24PSB與rb、rb的關(guān)系(Ge晶體管)2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第83頁/共115頁854.7二次擊穿和安全工作區(qū)

(5)一般說來電流放大系數(shù)較大的晶體管其PSB較低。(6)在Ib＜0時，二次擊穿觸發(fā)能量還與外延層厚度有關(guān)。隨著外延層厚度的增加PSB也增大。同時發(fā)現(xiàn)，隨著外延層厚度的減薄，環(huán)境溫度TA對PSB的影響越來越小。如圖4—25所示。2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第84頁/共115頁864.7二次擊穿和安全工作區(qū)圖4-25PSB與外延層厚度及環(huán)境溫度的關(guān)系2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第85頁/共115頁874.7二次擊穿和安全工作區(qū)(7)一般耗散功率PCM大的晶體管，集電結(jié)面積都較大，這使得雜質(zhì)分布的不均勻性及缺陷數(shù)目均有所增加，致使PSB相對減小(8)發(fā)生二次擊穿時整個晶體管無明顯的溫升。2.二次擊穿的特點及實驗結(jié)果分析第86頁/共115頁884.7二次擊穿和安全工作區(qū)二次擊穿的機(jī)理較為復(fù)雜，至今尚沒有一個較為完整的理論對二次擊穿做嚴(yán)格定量的分析解釋，目前比較普遍的解釋是電流集中二次擊穿和雪崩注入二次擊穿。3.二次擊穿原因分析及改善措施(一)電流集中二次擊穿這種擊穿是由于晶體管內(nèi)部出現(xiàn)電流局部集中，形成“過熱點”，導(dǎo)致該處發(fā)生局部熱擊穿的結(jié)果。這一理論又稱為熱不穩(wěn)定性理論。

（二）雪崩注入二次擊穿這是一種與外延層厚度密切相關(guān)的二次擊穿。這種二次擊穿是由集電結(jié)內(nèi)的電場分布及雪崩倍增區(qū)隨Ic變化，倍增多子反向注入勢壘區(qū)而引起的，故稱為雪崩注入二次擊穿。第87頁/共115頁894.7二次擊穿和安全工作區(qū)一、電流集中二次擊穿(1.)機(jī)理分析(2.)導(dǎo)致電流局部集中的原因(3.)改善及預(yù)防措施3.二次擊穿原因分析及改善措施第88頁/共115頁904.7二次擊穿和安全工作區(qū)電流局部集中局部結(jié)溫升高電流隨結(jié)溫急劇增加局部達(dá)到本征溫度形成過熱點集電結(jié)耗盡層本征導(dǎo)電Vce下降，電流急劇上升熔點溫度，永久破壞二次擊穿電流集中二次擊穿一次熱擊穿3.二次擊穿原因分析及改善措施第89頁/共115頁914.7二次擊穿和安全工作區(qū)

Ib＞0時的二次擊穿就屬于此種。對Ib＞0時發(fā)生二次擊穿后的管芯進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)基區(qū)內(nèi)有微小的再結(jié)晶區(qū)。這是二次擊穿時“過熱點”溫度超過了半導(dǎo)體的熔點產(chǎn)生局部熔化，冷卻后再結(jié)晶所致。所以二次擊穿后，晶體管往往發(fā)生c、e穿通。3.二次擊穿原因分析及改善措施第90頁/共115頁924.7二次擊穿和安全工作區(qū)(2.)導(dǎo)致電流局部集中的原因大電流下Ie的高度集邊。原材料或工藝過程造成的缺陷和不均勻性。在缺陷處雜質(zhì)擴(kuò)散快，造成結(jié)不平坦、基區(qū)寬度Wb不均勻等。發(fā)射極條、基極條間由于光刻、制版等原因造成各部位尺寸不均勻而引起的電位分配不均勻。總的IE在各小單元發(fā)射區(qū)上分配不均勻，邊緣處散熱能力強(qiáng)，中心處散熱能力差，造成中心部位Tj較高，故二次擊穿后熔融點多在中心部位。由于燒結(jié)不良形成空洞而造成的局部熱阻過大，使該處結(jié)溫升高，電流增大。晶體管的結(jié)面積越大，存在不均勻性的危險也越大，越易發(fā)生二次擊穿。3.二次擊穿原因分析及改善措施第91頁/共115頁934.7二次擊穿和安全工作區(qū)主要目的是改善電流分配的不均勻性。可以考慮的措施有：(1)降低rb，以改善發(fā)射極電流集邊效應(yīng)的影響;(2)提高材料及工藝水平，盡可能消除不均勾性。在其它條件均相同時，采用單晶片做的功率晶體管較采用外延片做的器件的PSB大1-2倍，這是因為外延片缺陷較單晶片多的緣故。(3)改善管芯與底座間的散熱均勻性，消除由于接觸不良而形成的“過熱點”。(4)采用發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻。這是解決正偏二次擊穿的一個有效方法。(3.)改善及預(yù)防措施3.二次擊穿原因分析及改善措施第92頁/共115頁944.7二次擊穿和安全工作區(qū)

發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻對梳狀結(jié)構(gòu)電極，在每一單元發(fā)射極條上加串聯(lián)電阻REi，(如圖4-27)。如果由于熱不穩(wěn)定,在某一(3.)改善及預(yù)防措施點電流集中，該點所處單元電流的增加使得串聯(lián)在該單元上的REi上的壓降也隨之增加，從而使真正作用在該單元發(fā)射結(jié)上的壓降隨之減小，進(jìn)而使通過該單元的電流自動減小，避免了電流進(jìn)一步增加而誘發(fā)的二次擊穿。3.二次擊穿原因分析及改善措施第93頁/共115頁954.7二次擊穿和安全工作區(qū)(3.)改善及預(yù)防措施發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻取值：當(dāng)發(fā)射結(jié)結(jié)溫變化為±5K時，鎮(zhèn)流電阻要能將發(fā)射極電流的變化限制在±5%以內(nèi)。3.二次擊穿原因分析及改善措施鎮(zhèn)流電阻過大，本身消耗功率，增益（輸出功率）下降；過小起不到鎮(zhèn)流作用。第94頁/共115頁964.7二次擊穿和安全工作區(qū)(3.)改善及預(yù)防措施3.二次擊穿原因分析及改善措施采用鎮(zhèn)流電阻的方式：第95頁/共115頁974.7二次擊穿和安全工作區(qū)(3.)改善及預(yù)防措施3.二次擊穿原因分析及改善措施第96頁/共115頁984.7二次擊穿和安全工作區(qū)二、雪崩注入二次擊穿(1.)機(jī)理分析(2.)擊穿條件(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施這是一種與外延層厚度密切相關(guān)的二次擊穿。這種二次擊穿是由集電結(jié)內(nèi)的電場分布及雪崩倍增區(qū)隨Ic變化，倍增多子反向注入勢壘區(qū)而引起的，故稱為雪崩注入二次擊穿。（快速型二次擊穿）Vce→BVceoJc=Jco=qvslNcVce>BVceo;n>Nc空穴注入n-區(qū)3.二次擊穿原因分析及改善措施第97頁/共115頁99第98頁/共115頁1004.7二次擊穿和安全工作區(qū)Vce增大,E→EM一次雪崩擊穿Jc↑,Jc=Jco=qvslNcn=Nc,電場均勻分布Vce>BVceo,n>Nc,最大場強(qiáng)轉(zhuǎn)移到x=Wc處雪崩空穴流過n-區(qū),中和電子Vce下降，電流急劇上升二次擊穿雪崩注入二次擊穿?電壓作用產(chǎn)生電荷,電荷支持電場3.二次擊穿原因分析及改善措施第99頁/共115頁1014.7二次擊穿和安全工作區(qū)電流:Jc=Jco=qvslNc

或ISB=JcoAc電壓:VSB=EMWc二、雪崩注入二次擊穿(2.)擊穿條件(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施當(dāng)x=0處達(dá)到EM時，發(fā)生雪崩使n→Nc，若沒有VSB維持Wc內(nèi)的EM，則不能維持雪崩（為強(qiáng)場下的有效基區(qū)擴(kuò)展）。若VSB能使Wc內(nèi)保持EM，則維持雪崩，并發(fā)生電場分布的轉(zhuǎn)移。因此，這種擊穿與外延層厚度Wc密切相關(guān)。為避免發(fā)生此種擊穿，外延層厚度要選得足夠厚。（按EM=105V/cm,VSB≧BVcbo計算Wc）3.二次擊穿原因分析及改善措施第100頁/共115頁1024.7二次擊穿和安全工作區(qū)二、雪崩注入二次擊穿(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施圖4-32電流集中二次擊穿臨界線3.二次擊穿原因分析及改善措施圖4-34雪崩注入二次擊穿臨界線第101頁/共115頁1034.7二次擊穿和安全工作區(qū)二、雪崩注入二次擊穿(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施Ib<0，基極電阻自偏壓效應(yīng)表現(xiàn)為發(fā)射極電流夾緊效應(yīng)，減小了有效的Ac，由ISB=qvslNcAc

得ISB減小。且隨│Ib│的增大而減小。Ib<0情況可視為e、b間并聯(lián)電阻R，此時Ic=Ie+Ib故較小電流（Ie)下，由于發(fā)射結(jié)勢壘復(fù)合作用，

a也較小，欲使一次雪崩aM→1,M應(yīng)更大，VSB更大。3.二次擊穿原因分析及改善措施電流較小電壓更高第102頁/共115頁104夾緊效應(yīng)集中效應(yīng)第103頁/共115頁1054.7二次擊穿和安全工作區(qū)二、雪崩注入二次擊穿(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施當(dāng)R≈rb時，相當(dāng)于二等值電阻對Ic分流,ISB降至最小值。R進(jìn)—步減小，Ib增大，達(dá)到臨界電流密度時的Ic也增大(流過rb電流減小，電流集中效應(yīng)減弱)，即在較大的Ic下才發(fā)生二次擊穿。R減小引起Veb下降，導(dǎo)致正向注入減少，只有增大Vce(增強(qiáng)集電結(jié)雪崩倍增)，產(chǎn)生大量空穴流過R才能維持R上足夠大的壓降，即維持eb結(jié)上的正偏并從一次擊穿向二次擊穿過渡，所以VSB繼續(xù)升高。3.二次擊穿原因分析及改善措施第104頁/共115頁1064.7二次擊穿和安全工作區(qū)二、雪崩注入二次擊穿(3.)雪崩注入二次擊穿臨界線（4.）改善或消除措施當(dāng)Ib＞0時，隨Ib增大，VSB減小是由于電流集邊效應(yīng)的影響使之在較低的偏壓下即可發(fā)生二次擊穿。3.二次