1、3.9 双极型晶体管的功率特性双极型晶体管的功率特性内容内容大电流（大注入）大电流（大注入）高电压（击穿）高电压（击穿）大功率大功率1、 大注入效应大注入效应2 、有效基区扩展效应、有效基区扩展效应3、发射极电流集边效应、发射极电流集边效应4、 晶体管最大耗散功率晶体管最大耗散功率PCM5、二次击穿和安全工作区、二次击穿和安全工作区1、 大注入效应大注入效应1）任意注入下基区内建电场任意注入下基区内建电场（1）大小注入的概念大小注入的概念nb(x)pb(x)nb(x)pb(x)小注入小注入大注入大注入（2）大注入自建电场的产生）大注入自建电场的产生原因：原因：大小：大小： 理论依据理论依据多子
2、电流为零多子电流为零nb(x)pb(x)小注入小注入大注入大注入作用：作用：多子的浓度梯度多子的浓度梯度加速少子通过基区加速少子通过基区0pppd pJqp Eq Dd x1k Td pEqPd xBpNn1BBd Nk Td nEqnNd xd x1BBd Nk TEqNd x1k Td nEqnd x爱因斯坦关系爱因斯坦关系2）任意注入下的电流电压关系）任意注入下的电流电压关系电流方向与电流方向与x正向相反正向相反等式两边在等式两边在0WB范围内进行积分范围内进行积分乘以发射结面积乘以发射结面积BWBCBEBiEnpdxkTqVkTqVDqnAI02expexpnnnd nJqn Eq D
3、d x1nBdp nJq Dpd x1k Td pEqpd x00BBWnBxWxJp d xq Dp np n20e x pB Eixq Vp nnk T2e x pBB CixWq Vp nnk T3）任意注入下的基区度越时间与输运系数）任意注入下的基区度越时间与输运系数发射结正偏，且发射结正偏，且VBEkT/q, ,集电结反偏集电结反偏20e x pe x pBB CB EnEiBWq Vq Vk Tk TIAq nDp d xBbnQI20e x pBB EnEiBWq Vk TIAq nDp d x0BWBEQAqn d x002e x pBBWWbB EBip d xn d xq
4、VDnk T0000BBWWBp d xn d xDpn均匀基区小注入均匀基区小注入22*211BBBbLW22*1BBLW缓变基区小注入缓变基区小注入大注入大注入BBLW412*001100BBWWbBBBp d xn d xDpn0000BBWWbBp d xn d xDpn00102BBWWBBBp d xn d xNWnW00110022BBWWBBp d xn d xnWnW000BpnNn均匀基区均匀基区晶体管晶体管缓变基区缓变基区晶体管晶体管结论：结论：在大注入时，基区扩散系数趋于一致，形式上与均匀基区晶体在大注入时，基区扩散系数趋于一致，形式上与均匀基区晶体管小注入的情况相同，
5、只是扩散系数增大一倍。管小注入的情况相同，只是扩散系数增大一倍。 的的变化范围变化范围*原因原因：在大注入时，高浓度的非平衡载流子减弱了基区平衡多子的浓在大注入时，高浓度的非平衡载流子减弱了基区平衡多子的浓度的作用，自建电场仅由大注入形成，由于大注入自建电场的度的作用，自建电场仅由大注入形成，由于大注入自建电场的作用，所以扩散系数增大一倍。作用，所以扩散系数增大一倍。2*212BBWL2*21BBWL2*214BBWL2*214BBWL4）任意注入下的结定律（注入强度对载流子分布的影响）任意注入下的结定律（注入强度对载流子分布的影响)结定律：结定律：中性区与势垒区边界上的少子浓度与结电压之间的
6、关系中性区与势垒区边界上的少子浓度与结电压之间的关系小注入：小注入：大注入：大注入：特点：特点：n(0)与与VBE的关系指数因子降为的关系指数因子降为qVBE/2kT,而且而且n(0)与与NB无关。无关。20e x piB EBnq VnNk T0e x p2B Eiq Vnnk T5）任意注入下的发射结注入效率）任意注入下的发射结注入效率分子分母同乘以分子分母同乘以AEq大注入大注入cEEBBEIQDWD0241大注入时，大注入时，随随Ic的增加而下降的增加而下降20e x pBB EnEiBWq Vk TIAq nDp d x2e x pB EnEiBB Bq Vk TIAq nDQ00B
7、 BB BBB BnbQQQQI20e x pB EnEiBB Bnbq Vk TIAq nDQI00E EE EEE EQQQQ20e x pB EpEiEE Eq Vk TIAq nDQ0011pEB BnbnBE EIDQIIDQ20,4BnbB BbBWIQD 6）电流放大系数随工作点的变化）电流放大系数随工作点的变化大注入大注入1022244cEEBBEBBIQDWDLW2014EBcBE EDWIDQ2*214BBWL2、 基区扩展效应基区扩展效应1）少子电荷对集电结电场分布的影响）少子电荷对集电结电场分布的影响注入水平增加注入水平增加 集电结空间电荷区载流子浓度集电结空间电荷区载
8、流子浓度 增加增加( (p侧）侧）( (n-侧）侧）集电结空间电荷区电场分布发生变化集电结空间电荷区电场分布发生变化PN+N-N+EBC0WCPN+N-N+EBC0WCPN+N-N+EBC0WCPN+N-N+EBC0WCPN+N-N+EBC0WCcJnq vCsqNnd Ed xBsqNnd Ed x2）强电场下的基区纵向扩展）强电场下的基区纵向扩展当当JC增加到增加到E(0)=0时，时，JC继续继续增加，基区开始增加，基区开始扩展。扩展。E(0)=0时对应的注入电时对应的注入电流密度为临界电流密度流密度为临界电流密度用用JCH表示表示(n-侧） xqvJNqxEsCHCmaxN+N-N+EB
9、C0WCP0CsqNnExxECsqNnd Ed x xqvJNqxEsCHCmax对上式在对上式在0WC内内积分积分当JCJCHn侧的空间电荷区侧的空间电荷区宽度变为宽度变为WC-WB，即基区宽度增加，即基区宽度增加WB21maxmax1CCCCHCBNqvJNqvJWW2m a x2C HCb iC BCsJWqVVNq vm a x2sC BC HCCVJq vNq W12m a x2sb iC BCC HCVVWJqNq vm a x2sC BC HCCVJq vNq Wm a x22sC BCCCBVJq vNqWW5）基区纵向扩展对晶体管特性的影响）基区纵向扩展对晶体管特性的影响强
10、电场下，当强电场下，当JCJCH时的载流子分布时的载流子分布WbWbnb(x)nE均匀基区晶体管均匀基区晶体管Tfm a xCJnq vbEn EBBbbd nnnIA q DA q Dd xWWbbEn EBWWnInA q Dm a xCJnq v 12bbbEQA qWWnn2m a x2m a x22bbbbbn EBbbbbCBWWWWQIDvWWWWIDv2m a x2bbbbbbbn ECBWWWWQQIIDv综上所述，当综上所述，当 时，时， 和和 随随IC增加而下降，因此增加而下降，因此 是是防止出现基区纵向扩展效应的最大电流密度，它也是一般平面防止出现基区纵向扩展效应的最大
11、电流密度，它也是一般平面晶体管的最大电流的限制。晶体管的最大电流的限制。CHCJJ TfCHJ缓变基区晶体管缓变基区晶体管有效基区扩展有效基区扩展bTf结论：结论：224BBbBBWWDD12Te cf 1p Ebn EBII3、发射极电流集边效应发射极电流集边效应1）发射极电流集边效应）发射极电流集边效应在大电流状态下，较大在大电流状态下，较大的基极电流流过基极电的基极电流流过基极电阻，将在基区产生较大阻，将在基区产生较大的横向压降的横向压降V。当晶体管的工作电流很大时，基极电流将在基极电阻上产生较当晶体管的工作电流很大时，基极电流将在基极电阻上产生较大的横向压降，这使得发射极电流在发射结上
12、的分布是不均匀大的横向压降，这使得发射极电流在发射结上的分布是不均匀的，离基极接触处越近，发射极电流密度越大，离基极接触处的，离基极接触处越近，发射极电流密度越大，离基极接触处越远，电流密度越小，这种现象成为发射极电流集边效应越远，电流密度越小，这种现象成为发射极电流集边效应.发射极电流集边效应发射极电流集边效应:BEBeB EVVVB EEE SqVVJJk T“”表示发射极电流表示发射极电流与坐标的取向相反与坐标的取向相反2)有效发射极条宽有效发射极条宽EEIldyJ ldy EBJJEBJl d yd I,BEd IlJyd y1BBd yd VIyRl对 式微分 B EEE SqVVJ
13、Jk T1EEBBJqd yd JIyRk Tl212BBBBq IRdId Ik T ld yd y发射极发射极基极基极Ely y+dy0BCy,0 ,0 ,0CBByJd Id yI212BBBq Rd IId yk T l11102BBBq RIyyIk T l 2BIdy两边同乘以 并从0到y积分该式说明，由于电流集边效应，该式说明，由于电流集边效应，可以把发射结条宽等效为可以把发射结条宽等效为y0。即。即近似地认为发射结上只在近似地认为发射结上只在0y0的的范围内才有电流存在，其电流密范围内才有电流存在，其电流密度是均匀的，等于度是均匀的，等于JE(0)。y0被称被称为发射结有效宽度
14、。为发射结有效宽度。000EEEIlJyd yl yJ212002BBEqRIJk T l120120BEk Tyq RJ11102BBBq RIyyIk T l ,BEd IlJyd y2001EEyJyJy分析影响发射结有效宽度的因素分析影响发射结有效宽度的因素3)发射极单位长度的电流容量发射极单位长度的电流容量(1)定义：定义： 单位发射极长度内不发生大注入效应和有效单位发射极长度内不发生大注入效应和有效基区扩展效应的最大电流，记为基区扩展效应的最大电流，记为i0JCR为不发生大注入效应和有效基区扩展效应的最大电流密度。为不发生大注入效应和有效基区扩展效应的最大电流密度。RB1和和IB越
15、大，越大，y0越小越小120120BEk Tyq RJ120120BEk Tyq RJ00C RiJy12012C RBJk Tiq Rm a x0cEIiL(2)确定确定i0依据：不发生大注入效应和有效基区扩展效应防止大注入效应不发生大注入的标准i0开关晶体管cmAi/50一般晶体管cmAi/5.15.00线性放大晶体管cmAi/5.0000 . 10BnN012100000 . 10BBnBn EWBnpBBpnBq DnNJNxd xq k TRnNq k TRN12012C RBJk Tiq R12005pnBiNk T 大防止基区扩展效应防止基区扩展效应发射极单位长度的电流容量由不发生基区扩展效应的最大电发射极单位长度的电流容量由不发生基区扩展效应的最大电流密度和有效发射极条宽来确定。流密度和有效发射极条宽来确定。
