晶體管小結課件

微電子技術專業(yè)《半導體器件》單元三雙極型晶體管小結講授教師：馬穎第

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章晶體管的直流特性

3.1概述掌握晶體管的基本結構及分類熟悉晶體管雜質分布特點熟悉晶體管載流子濃度分布特點掌握晶體管的直流放大系數(shù)及特性曲線3.2平面晶體管的電流放大系數(shù)及影響電流放大系數(shù)的原因（略）3.3晶體管的反向電流了解各反向電流的特點3.4晶體管的擊穿電壓了解各擊穿電壓的特點3.5晶體管的基極電阻了解基極電阻的危害，及其減小方法一、晶體管的概述簡述晶體管的結構、基本形式掌握晶體管2種基本形式的圖形符號晶體管按制作工藝和管芯結構形式分類晶體管基區(qū)雜質分布的兩種形式均勻分布（如合金管），稱為均勻基區(qū)晶體管。均勻基區(qū)晶體管中，載流子在基區(qū)內(nèi)的傳輸主要靠擴散進行，故又稱為擴散型晶體管。基區(qū)雜質是緩變的（如平面管），稱為緩變基區(qū)晶體管。這類晶體管的基區(qū)往往以漂移運動為主。所以又稱為漂移型晶體管。一、晶體管的概述晶體管具有放大能力需具備哪些條件？（1）發(fā)射區(qū)雜質濃度比基區(qū)雜質濃度高得多，即NE遠大于NB，以保證發(fā)射效率γ≈1；（2）基區(qū)寬度WB遠小于LnB，保證基區(qū)輸運系數(shù)β*≈1；（3）發(fā)射結必須正偏，使re很??；集電結反偏，使rc很大，rc遠大于re。晶體管的共基極與共發(fā)射極直流放大系數(shù)之間的關系二、晶體管的反向電流關于反向電流ICB0與IEB0的特點鍺晶體管的反向電流主要是反向擴散電流（少子電流）硅晶體管的反向電流主要是勢壘區(qū)的產(chǎn)生電流（多子電流）引起反向電流過大的原因往往是表面漏電流太大。因此，在生產(chǎn)過程中，搞好表面清潔處理及工藝規(guī)范是減小反向電流的關鍵。ICEO=,減小ICEO的方法：▲要減小ICE0，必須減小ICB0?！娏鞣糯笙禂?shù)β不要追求過高。

BVEB0的大小由發(fā)射結的雪崩擊穿電壓決定，BVCB0的大小由集電結的雪崩擊穿電壓決定BVCE0與BVCB0之間滿足關系：對于NPN的Si管，n=4，PNP的Ge管n=6

什么是負阻擊穿現(xiàn)象？當VCE達到BVCE0時發(fā)生擊穿，擊穿后電流上升，電壓卻反而降低。

三、晶體管的擊穿電壓第

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章晶體管的頻率特性與功率特性

4.1晶體管的頻率特性（理解3個頻率的概念、提高特征頻率的途徑，掌握交流αβ的公式及特點）4.2高頻等效電路（理解3個參數(shù)及其特點）4.3高頻功率增益和最高振蕩頻率（理解最高功率增益、高頻優(yōu)值的概念、提高功率增益的途徑）4.4晶體管的大電流特性（熟悉三個效應的機理）4.5晶體管的最大耗散功率PCm和熱阻RT（熟悉特點及分類）4.6功率晶體管的二次擊穿和安全工作區(qū)（掌握二次擊穿的概念及其兩個機理，理解安全工作區(qū)圖形中各線條、區(qū)域表示的含義）一、晶體管的頻率特性當頻率升高時，晶體管的結電容變大，使晶體管的放大能力下降。請列出4個主要的高頻參數(shù)截止頻率、特征頻率高頻功率增益、最高振蕩頻率fα稱為共基極截止頻率，反映了電流放大系數(shù)α的幅值|α|隨頻率上升而下降的快慢。fα表示共基極短路電流放大系數(shù)的幅值|α|下降到低頻值α0的

時的頻率。或者說是|α|比低頻α0下降3dB時的頻率。一、晶體管的頻率特性fβ稱為共發(fā)射極截止頻率表示共基極短路電流放大系數(shù)的幅值|β|下降到低頻值β0的

時的頻率?；蛘哒f是|β|比低頻β0下降3dB時的頻率。fT稱為特征頻率表示共射短路電流放大系數(shù)的幅值下降到|β|=1時的頻率。是晶體管在共射運用中具有電流放大作用的頻率極限。

幾個頻率參數(shù)間的關系

fm稱為最高振蕩頻率，表示最佳功率增益GPm=1時的頻率，是晶體管具有功率增益的頻率極限。

交流放大系數(shù)α=

，說明α是一個復數(shù)，其幅值隨著頻率的升高而下降，相位差隨著頻率的升高而增大。α截止頻率fα=

。τe為發(fā)射極延遲時間τb對發(fā)射結處，基區(qū)側擴散電容CDe的充電延遲時間。τc集電極延遲時間τd為集電結空間電荷區(qū)延遲時間m

為超相移因子（剩余相因子）。一、晶體管的頻率特性交流放大系數(shù)β=

，說明β是一個復數(shù)，其幅值隨著頻率的升高而下降，相位差隨著頻率的升高而增大。β截止頻率fβ=

。τe0為載流子從發(fā)射極到集電極總的傳輸延遲時間

fβ與fα的關系：

可以看出

。說明：共射短路電流放大系數(shù)β比共基短路電流放大系數(shù)α下降更快。因此，共基電路比共射電路頻帶更寬。

一、晶體管的頻率特性晶體管的特征頻率fT=

。提高特征頻率的途徑有哪些？

一、晶體管的頻率特性減小基區(qū)寬度Wb

；縮小結面積A；適當降低集電區(qū)電阻率ρc

；適當減小集電區(qū)厚度Wc

；盡量減小延伸電極面積。三、高頻功率增益和最高振蕩頻率功率增益表示晶體管對功率的放大能力。等于輸出功率和輸入功率的比值。最佳功率增益GPm指信號源所供給的最大功率與晶體管向負載輸出的最大功率之比，即是輸入輸出阻抗各自匹配時的功率增益。最高振蕩頻率是最佳功率增益GPm=1時的頻率，它是晶體管真正具有功率放大能力的頻率限制。高頻優(yōu)值又稱增益-帶寬乘積，反映了晶體管的功率和頻率性能，而且只與晶體管本身的參數(shù)有關。三、高頻功率增益和最高振蕩頻率提高功率增益的途徑●提高晶體管的特征頻率；●適當提高基區(qū)雜質濃度，以減小基極電阻rb；●盡量縮小集電結和延伸電極面積，以減小勢壘電容和延伸電極電容；●盡量減小發(fā)射極引線電感和其他寄生參數(shù)；●選用合適的管殼，以獲得最佳高頻優(yōu)值。四、晶體管的大電流特性集電極最大電流IcM指共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù)下降到其最大值βM的一半時所對應的集電極電流。要提高晶體管的輸出功率就必須提高集電極最大電流ICM。提高工作電流的唯一方法是增加電流密度。大電流工作時產(chǎn)生的三個效應?；鶇^(qū)電導調(diào)制效應有效基區(qū)寬度擴展效應[kirk（克而克）效應]

發(fā)射極電流集邊效應又稱為基區(qū)電阻自偏壓效應

四、晶體管的大電流特性發(fā)射極電流集邊效應由基區(qū)電阻的不均勻所導致。發(fā)射極條寬越寬，距離發(fā)射極中心越遠，則基區(qū)橫向壓降越大，發(fā)射極電流集邊效應就越明顯。工作電流越大，基區(qū)橫向壓降也越大，發(fā)射極電流集邊效應也就越明顯。防止發(fā)射極電流集邊效應產(chǎn)生的方法是盡量縮小發(fā)射極寬度。五、晶體管的最大耗散功率和熱阻晶體管的功率主要耗散在集電結上。熱阻表示晶體管散熱能力的大小，等于任意兩點間的溫差與其熱流之比。熱阻分為穩(wěn)態(tài)熱阻（直流工作狀態(tài)下的熱阻RT）和瞬態(tài)熱阻（在開關和脈沖電路中，隨時間變化的晶體管的熱阻RTs)。提高晶體管最大耗散功率的主要措施有哪些？盡量降低晶體管的熱阻RT；選用最高結溫Tjm高的材料；盡量降低使用時的環(huán)境溫度Ta。六、功率晶體管的二次擊穿和安全工作區(qū)二次擊穿的概念兩種二次擊穿的機理晶體管的安全工作區(qū)的概念器件承受的電壓突然降低，電流繼續(xù)增大，器件由高壓小電流狀態(tài)突然躍入低壓大電流狀態(tài)的一種現(xiàn)象。

●熱型又稱熱不穩(wěn)定型，是局部溫度升高和電流集中往復循環(huán)的結果。熱型二次擊穿的觸發(fā)時間較長屬于慢速型?！耠娏餍陀址Q雪崩注入型由雪崩注入引起，是快速型的二次擊穿。

晶體管能安全可靠地工作，并具有較長壽命的工作范圍。由最大集電極電流ICM，極限電壓BVCE0，最大功耗線和二次擊穿臨界線PsB所限定的區(qū)域。第

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章晶體管的開關特性

5.1二極管的開關作用和反向恢復時間5.2開關晶體管的靜態(tài)特性（會通過計算判斷晶體管的開關工作類型）5.3晶體管開關的動態(tài)特性（掌握四個動態(tài)過程及其時間）一、二極管的開關作用和反向恢復時間雙極型器件與場效應晶體管的導電機理有何不同？晶體管的開關特性包括哪些？儲存時間ts和下降時間tf之和稱為P-N結的關斷時間，又稱反向恢復時間。要保持良好的開關作用，脈沖持續(xù)時間要比二極管反向恢復時間長得多，也就意味著脈沖的重復頻率不能太高。雙極型器件是一種電子與空穴皆參與導電過程的半導體器件。場效應晶體管是只由一種載流子參與傳導的半導體器件。晶體管處于開態(tài)和關態(tài)時端電流電壓間的靜態(tài)特性；在開態(tài)和關態(tài)之間轉換時，電流電壓隨時間變化的瞬態(tài)特性。二、開關晶體管的靜態(tài)特性

晶體管各工作區(qū)的結電壓偏置情況如何？工作區(qū)結電壓放大區(qū)倒向放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)臨界飽和狀態(tài)過驅動狀態(tài)集電結反偏正偏反偏零偏正偏發(fā)射極正偏反偏反偏正偏正偏晶體管工作在放大區(qū)的開關電路，稱為非飽和開關。這種工作模式，一般用在高速開關電路中。將晶體管導通后，工作在飽和區(qū)的開關電路，稱為飽和開關，此類開關接近于理想開關。二、開關晶體管的靜態(tài)特性

圖示電路，用硅晶體管做為開關管使用接入電路中，已知其β，VBB，VCC，RL，RB，輸入正脈沖信號幅值VI等參數(shù);①試判斷晶體管的工作狀態(tài)如何？②試判斷該電路為飽和開關電路還是非飽和開關電路？③若為過驅動狀態(tài)，會計算其過驅動電流、飽和深度。分析若IB=IBS，則晶體管處于

狀態(tài)。若IB>IBS，則晶體管處于

狀態(tài)。若IB<IBS，則晶體管處于

狀態(tài)。臨界飽和過驅動放大通過基極驅動電流的大小來判斷。二、開關晶體管的靜態(tài)特性

圖示電路，用硅晶體管做為開關管使用接入電路中，已知其β，VBB，VCC，RL，RB，輸入正脈沖信號幅值VI等參數(shù);①試判斷晶體管的工作狀態(tài)如何？②試判斷該電路為飽和開關電路還是非飽和開關電路？③若為過驅動狀態(tài)，會計算其過驅動電流、飽和深度。計算基極驅動電流和基極臨界飽和電流三、晶體管開關的動態(tài)特性晶體管的開關過程有那幾個動態(tài)過程？

延遲過程、上升過程、超量儲存電荷消失過程、下降過程右圖中的td、tr、ts、tf分別代表什么時間？

td為延遲時間、tr為上升時間

ts為儲存時間、tf為下降時間晶體管的開啟時間

。關斷時間

。若晶體管的開關時間比輸入脈沖持續(xù)時間短，它就有良好的開關作用。三、晶體管開關的動態(tài)特性（1）ICE0小，使開關電路截止時接近于斷路（開路），關斷性良好；（2）VCES小，使開關電路接通時接近于短路狀態(tài)，接通性良好；（3）開關時間盡可能短，要比輸入脈沖持續(xù)時間短，使晶體管的關斷性良好；（4）啟動功率小，啟動功率是晶體管從截止態(tài)轉變?yōu)轱柡蛻B(tài)時所需的功率IBVBES；（5）開關功率大，即要求在截止態(tài)時能承受較高的反向電壓，在導通時，允許通過較大的電流；

為使晶體管具有良好的開關狀態(tài)，需具備哪些要求？第6章

雙極型晶體管的設計簡述晶體管設計時應考慮哪3方面的參數(shù)？各有什么分類和哪些具體的參數(shù)？結構參數(shù)工藝參數(shù)電學參數(shù)直流參數(shù)反向飽和電流（ICBO、IEBO、ICEO）直流電流放大系數(shù)（α、β）發(fā)射結正向壓降（VBE）飽和壓降（VCES）交流參數(shù)特征頻率（fT）、功率增益（GP）噪聲系數(shù)（NF）、開關時間（ton、toff）極限參數(shù)

最大集電極電流（ICM）擊穿電壓（BVCBO、BVEBO、BVCEO）最大集電極耗散功率（PCM）二次擊穿臨界功率（VsB）縱向結構參數(shù)基區(qū)寬度（Wb）外延層的電阻率（ρc）和厚度（W’C）集電結和發(fā)射結結深（xjc、xje）各區(qū)的雜質濃度橫向結構參數(shù)發(fā)射極總周長（LE）