缓变基区晶体管的电流放大系数

基 区 掺 杂 近 似 为 指 数 分 布 ， 少 子 在 基区 主 要 作 漂 移 运 动 ， 又 称 为 本 节 以 NPN 管 为 例 ， 结 电 压 为 VBE 与 VBC 。 PN+N 0 xjcxje NE(x)NB(x) NC x0 xjcxje Bb nEQJ 进 而 求 出 基 区 渡 越 时 间 bB1 将 E 代 入 少 子 电 流 密 度 方 程 ， 求 出 JnE 、 nB (x) 与 QB 令 基 区 多 子 电 流 密 度 为 零 ， 解 出 基 区 内 建 电 场 E 最 后 求 出 bB1 所 以 缓 变 基 区 晶 体 管 又 称 为 NB(x)NB(WB)NB(0) WB0 x 在 实 际 的 缓 变 基 区 晶 体 管 中 ， 的 值 为 4 8 。 设 基 区 杂 质 浓 度 分 布 为式 中 是 表 征 基 区 内 杂 质 变 化 程 度 的 一 个 参 数 ， 当 时 为 均 匀 基 区 ； BBB exp)0()( WxNxN )( )0(ln BBBWNN exp)0()( BBB NWN 0 因 为 ， ， 所 以 内 建 电 场 对 渡 越 基 区 的 电 子 起加 速 作 用 ， 是 。 令 基 区 多 子 电 流 为 零 ， Bp p p Bd ( ) ( ) 0dp xJ qD q p x Ex 解 得 为 0E Bd 0dNx p Bp B d ( )1( ) dD p xE p x x 小 注 入 时 ， 基 区 中 总 的 多 子 浓 度 即 为 平 衡 多 子 浓 度 ，)()()( BBOB xNxpxp n Bn B d ( )1( ) dD N xN x x 将 基 区 内 建 电 场 E 代 入 电 子 电 流 密 度 方 程 ， 可 得 注 入 基 区的 少 子 形 成 的 电 流 密 度 （ 其 参 考 方 向 为 从 右 向 左 ） 为 B B B BnE n n B n n Bd d dd d dn n n NJ qD q n E qD qDx x N x B BnE B n B B0 0d dW WJ N x qD n N 01exp)( BCB0BB kTqVnWn B BnE B n B Bd dd dn NJ N x qD N nx x B Bn d dn NqD x n B B B B B B( ) ( ) (0) (0)qD n W N W n N n B B(0) (0)qD n N Bn B BnE B0 (0) (0)dWqD n NJ N x 1exp)0()0( BEB 2iB kTqVNnn B 2n i BEB0 exp 1dWqD n qVkTN x 上 式 实 际 上 也 可 用 于 均 匀 基 区 晶 体 管 。 对 于 均 匀 基 区 晶 体管 ， NB 为 常 数 ， 这 时 2n B n i BEnE B B B(0) exp 1qD n qD n qVJ W W N kT 下 面 求 基 区 少 子 分 布 nB (x) 。 在 前 面 的 积 分 中 将 下 限 由 0 改 为 基 区 中 任 意 位 置 x ， 得Bn B BnE B( ) ( )dWxqD n x N xJ N x 由 上 式 可 解 出 nB (x) 为 BBB Bn BnE Bn B BBnE B n( ) ( )d( ) 0 exp d( )1 exp 1 WnE xWxJn x N x xqD N xJ xN xqD N x Wx WJ WqD Bn B BnE B0 (0) (0)dWqD n NJ N x 对 于 均 匀 基 区 ， nE BB B0 n B Blim 1 0 1J W x xn x nqD W W 对 于 缓 变 基 区 晶 体 管 ， 当 较 大 时 ， 上 式 可 简 化 为注 ： 将 Dn 写 为 DB ， 上 式 可 同 时 适 用 于 PNP 管 和 NPN 管 。 对 于 均 匀 基 区 晶 体 管 ， B2Bb0 2lim DW 可 见 ， B B0Bb nE nE( )dWq n x xQJ J 1122 B2Bb DW 2Bn 2 112W eD BnE BB n 1 exp 1( ) x WJ Wn x qD 利 用 上 面 得 到 的 基 区 渡 越 时 间 b ， 可 得 缓 变 基 区 晶 体 管 的基 区 输 运 系 数 为 112211 2B2BBb LW 2 2 BEnE p B1 n i 2 BEp n B1 i exp 1exp 1qVJ q R D n kTqVqkT R n kT 口 口 BB1 p B01 dWR q N x 口 根 据 非 均 匀 材 料 方 块 电 阻 表 达 式 ， 缓 变 基 区 的 方 块 电 阻 为于 是 JnE 可 表 示 为 B 2n i BEnE B0 exp 1dWqD n qVJ kTN x 已 知 （ 3-43a） 类 似 地 ， 可 得 从 基 区 注 入 发 射 区 的 空 穴 形 成 的 电 流 密 度 为式 中 ， 2 BEnE n p B1 i exp 1qVJ qkT R n kT 口 2 BEpE n p E i exp 1qVJ qkT R n kT 口 EE n E01 dWR q N x 口 （ 3-43a）（ 3-43b） 1BE1BEnEpEpEnE nEEnE 11 11 1 口口口口 RRRRJJJJ JJJ 于 是 可 得 缓 变 基 区 晶 体 管 的 注 入 效 率 以 及 缓 变 基 区 晶 体 管 的 电 流 放 大 系 数2 EB 2B B1 121 EBB B12 11 1 12 1 2 111 2 RWL R RWL R 口口 口口 实 测 表 明 ， 与 发 射 极 电 流 IE 有 如 下 所 示 的 关 系 小 电 流 时 下 降 的 原 因 ： 当 发 射 结 正 向 电 流 很 小 时 ， 发 射 结势 垒 区 复 合 电 流 密 度 JrE 的 比 例 将 增 大 ， 使 注 入 效 率 下 降 。 当 电 流 很 小 时 ， 相 应 的 VBE 也 很 小 ， 这 时 很 大 ， 使 减 小 ， 从 而 使 减 小 。式 中 ， nErE1B口ErEpEnE nEEnE 1 1 JJRRJJJ JJJ 口 当 JrE 不 能 被 忽 略 时 ， 注 入 效 率 为 kTqVnLNxJJ 2exp2 BEiB EdnErE nErEJJ 随 着 电 流 增 大 ， 减 小 ， 当 但 仍 不 能 被 忽 略 时 ，nErEJJ 1nErE JJ nErE1BE1 JJRR 口口 当 电 流 继 续 增 大 到 可 以 被 忽 略 时 ， 则nErEJJ 1BE1 口口RR 当 电 流 很 大 时 ， 又 会 开 始 下 降 ， 这 是 由 于 大 注 入 效 应 和 基区 扩 展 效 应 引 起 的 。 当 发 射 区 掺 杂 浓 度 NE 太 高 时 ， 不 但 不 能 提 高注 入 效 率 ， 反 而 会 使 其 下 降 ， 从 而 使 和 下 降 。 。 对 于 室 温 下 的 硅 ， 21s E2sG 163 kTNqqE 12EG 1822.5 meV10NE (1) 禁 带 变 窄 GEVE VECE CEGE GE 发 射 区 禁 带 变 窄 后 ， 会 使 其 本 征 载 流 子 浓 度 ni 发 生 变 化 ，2 GiB C V2 2 2G G GiE C V iB iBexpexp expEn N N kTE E En N N n nkT kT 2 BEnE p n B1 iB2 BEpE p n E iE exp 1exp 1qVJ qkT R n kTqVJ qkT R n kT 口 口2pE E E GiE2nE B1 iB B1 pE E GnE B1 exp1 1 expJ R R EnJ R n R kTJ R EJ R kT 口 口口 口口口 NE 增 大 而 下 降 ， 从 而 导 致 与 的 下 降 。增 大 而 先 增 大 。 但 当 NE 超 过 ( 1 5 ) 1019 cm-3 后 ， 反 而 随 随 着 NE 的 增 大 ， 减 小 ， 增 大 ， 随 NE1BE口 口RR kTEGexpE GB11 expR ER kT 口口 (2) 俄 歇 复 合 增 强 EEE DN EL pEJ 当 发 射 区 的 磷 掺 杂 浓 度 很 高 时 ， 会 使 发 射 区 下 方 的 集 电 结结 面 向 下 扩 展 ， 这 个 现 象 称 为 。 由 于 基 区 陷 落 效 应 ， 使 得 结 深 不 易 控 制 ， 难 以 将 基 区 宽 度做 得 很 薄 。 为 了 避 免 基 区 陷 落 效 应 ， 目 前 微 波 晶 体 管 的 发 射 区 多 采 用 砷 扩 散 来 代 替 磷 扩 散 。 式 中 ， ， 当 时 ， ， 则 GEGBG EEE GBGE EE 0G E kTERRRR GB1EB1E exp11 口 口异 口 口同 1exp G kTE 同异 若 选 择 不 同 的 材 料 来 制 作 发 射 区 与 基 区 ， 使 两 区 具 有 不 同的 禁 带 宽 度 ， 则 常 见 的 H BT 结 构 是 用 G aAs 做 基 区 ， AlxG a1-xAs 做 发 射 区 。另 一 种 H BT 结 构 是 用 SiG e 做 基 区 ， Si 做 发 射 区 。 H BT 能 提 高 注 入 效 率 ， 使 得 到 几 个 数 量 级 的 提 高 。 或在 不 降 低 注 入 效 率 的 情 况 下 ， 大 幅 度 提 高 基 区 掺 杂 浓 度 ， 从 而降 低 基 极 电 阻 ， 并 为 进 一 步 减 薄 基 区 宽 度 提 供 条 件 。 在 SiG e H BT 中 ， 可 通 过 使 基 区 中 半 导 体 材 料 组 分 的 不 均 匀分 布 ， 得 到 缓 变 的 基 区 禁 带 宽 度 。 与 缓 变 的 基 区 掺 杂 浓 度 类 似 ，缓 变 的 基 区 禁 带 宽 度 也 将 在 基 区 中 产 生 一 个 对 少 子 起 加 速 作 用的 内 建 电 场 ， 降 低 少 子 的 基 区 渡 越 时 间 。