微電子器件B緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)

微電子器件B緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)第1頁/共30頁3.3

緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)

1、基區(qū)內(nèi)建電場形成2、基區(qū)少子電流密度和少子濃度分布3、基區(qū)渡越時間和輸運系數(shù)4、注入效率和電流放大系數(shù)5、小電流時放大系數(shù)下降6、發(fā)射區(qū)重摻雜的影響7、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管第2頁/共30頁

本節(jié)以NPN

管為例，結(jié)電壓為

VBE與

VBC。PN+N0xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0xjcxje第3頁/共30頁

本節(jié)求基區(qū)輸運系數(shù)的思路

進而求出基區(qū)渡越時間

將E

代入少子電流密度方程，求出

JnE

、nB(x)與

QB

令基區(qū)多子電流密度為零，解出基區(qū)內(nèi)建電場E

最后求出第4頁/共30頁

基區(qū)多子濃度與基區(qū)雜質(zhì)分布的不均勻會在基區(qū)中產(chǎn)生一個內(nèi)建電場E，使少子在基區(qū)內(nèi)以漂移運動為主，所以緩變基區(qū)晶體管又稱為漂移晶體管。

3.3.1基區(qū)內(nèi)建電場的形成NB(x)NB(WB)NB(0)WB0x第5頁/共30頁

在實際的緩變基區(qū)晶體管中，的值為

4~8

。

設(shè)基區(qū)雜質(zhì)濃度分布為式中

是表征基區(qū)內(nèi)雜質(zhì)變化程度的一個參數(shù)，

當時為均勻基區(qū)；第6頁/共30頁

因為，，所以內(nèi)建電場對渡越基區(qū)的電子起加速作用，是

加速場

。

令基區(qū)多子電流為零，解得

內(nèi)建電場

為

小注入時，基區(qū)中總的多子濃度即為平衡多子濃度，第7頁/共30頁

將基區(qū)內(nèi)建電場E

代入電子電流密度方程，可得注入基區(qū)的少子形成的電流密度（其參考方向為從右向左）為

3.3.2基區(qū)少子電流密度與基區(qū)少子濃度分布第8頁/共30頁

上式實際上也可用于均勻基區(qū)晶體管。對于均勻基區(qū)晶體管，NB

為常數(shù)，這時第9頁/共30頁

下面求基區(qū)少子分布

nB(x)。

在前面的積分中將下限由0改為基區(qū)中任意位置x，得：由上式可解出nB

(x)為第10頁/共30頁

對于均勻基區(qū)，第11頁/共30頁

對于緩變基區(qū)晶體管，當

較大時，上式可簡化為3.3.3基區(qū)渡越時間與輸運系數(shù)注：將

Dn寫為

DB

，上式可同時適用于PNP管和NPN管。

對于均勻基區(qū)晶體管，

可見，內(nèi)建電場的存在使少子的基區(qū)渡越時間大為減小。第12頁/共30頁

利用上面得到的基區(qū)渡越時間b

，可得緩變基區(qū)晶體管的基區(qū)輸運系數(shù)

為第13頁/共30頁

3.3.4注入效率與電流放大系數(shù)

根據(jù)非均勻材料方塊電阻表達式，緩變基區(qū)的方塊電阻為于是JnE可表示為

已知（3-43a）第14頁/共30頁

類似地，可得從基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的空穴形成的電流密度為式中，（3-43a）（3-43b）第15頁/共30頁

于是可得緩變基區(qū)晶體管的注入效率

以及緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)第16頁/共30頁

3.3.5小電流時電流放大系數(shù)的下降

實測表明，α

與發(fā)射極電流IE

有如下所示的關(guān)系。

小電流時

α下降的原因：當發(fā)射結(jié)正向電流很小時，發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合電流密度JrE

的比例將增大，使注入效率下降。第17頁/共30頁

當電流很小時，相應(yīng)的

VBE也很小，這時很大，使γ減小，從而使α減小。式中，

當JrE不能被忽略時，注入效率為第18頁/共30頁

隨著電流增大，減小，當?shù)圆荒鼙缓雎詴r，

當電流繼續(xù)增大到可以被忽略時，則第19頁/共30頁

當電流很大時，α又會開始下降，這是由于大注入效應(yīng)和基區(qū)擴展效應(yīng)引起的。第20頁/共30頁

3.3.6發(fā)射區(qū)重摻雜的影響

重摻雜效應(yīng)：當發(fā)射區(qū)摻雜濃度NE

太高時，不但不能提高注入效率γ，反而會使其下降，從而使α和β下降。

原因：發(fā)射區(qū)禁帶寬度變窄

與

發(fā)射區(qū)俄歇復(fù)合增強

。

1、發(fā)射區(qū)重摻雜效應(yīng)第21頁/共30頁

對于室溫下的硅，(1)禁帶變窄第22頁/共30頁

發(fā)射區(qū)禁帶變窄后，會使其本征載流子濃度ni

發(fā)生變化，第23頁/共30頁NE增大而下降，從而導(dǎo)致α與β的下降。增大而先增大。但當NE

超過(1~5)×1019cm-3

后，γ反而隨

隨著NE

的增大，減小，增大，γ隨NE第24頁/共30頁(2)俄歇復(fù)合增強第25頁/共30頁

2、基區(qū)陷落效應(yīng)當發(fā)射區(qū)的磷摻雜濃度很高時，會使發(fā)射區(qū)下方的集電結(jié)結(jié)面向下擴展，這個現(xiàn)象稱為

基區(qū)陷落效應(yīng)。

由于基區(qū)陷落效應(yīng)，使得結(jié)深不易控制，難以將基區(qū)寬度做得很薄。

為了避免基區(qū)陷落效應(yīng)，目前微波晶體管的發(fā)射區(qū)多采用砷擴散來代替磷擴散。

第26頁/共30頁

3.3.7異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）

式中，，當時，，則

若選擇不同的材料來制作發(fā)射區(qū)與基區(qū)，使兩區(qū)具有不同的禁帶寬度，則，第27頁/共30頁

常見的

HBT

結(jié)構(gòu)是用

GaAs做基區(qū)，AlxGa1-xAs

做發(fā)射區(qū)。另一種

HBT

結(jié)構(gòu)是用

SiGe做基區(qū)，Si做發(fā)射區(qū)。

HBT能提高注入效率，使

β得到幾個數(shù)量級的提高?；蛟诓唤档妥⑷胄实那闆r下，大幅度提高基區(qū)摻雜濃度，從而降低基極電阻，并為進一步減薄基區(qū)寬度提供條件。

在SiGeHBT