因此是防止出现基区纵向扩展效应的最大电流密度课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.9 双极型晶体管的功率特性,内容,大电流（大注入）,高电压（击穿）,大功率,1、 大注入效应,2 、有效基区扩展效应,3、发射极电流集边效应,4、 晶体管最大耗散功率P,CM,5、二次击穿和安全工作区,3.9 双极型晶体管的功率特性内容大电流（大注入）高电压（击,1,1、,大注入效应,1）,任意注入下基区内建电场,（1）,大小注入的概念,n,b,(x),p,b,(x),n,b,(x),p,b,(x),小注入,大注入,1、 大注入效应1）任意注入下基区内建电场（1）大小注入的概,2,（2）大注入自建电场的产生,原因：,大小：,理论依据,多子电流为零,n,b,(x),p,b,(x),小注入,大注入,作用：,多子的浓度梯度,加速少子通过基区,（2）大注入自建电场的产生原因：大小：理论依据多子电流为,3,爱因斯坦关系,2）任意注入下的电流电压关系,电流方向与,x,正向相反,等式两边在0W,B,范围内进行积分,乘以发射结面积,爱因斯坦关系2）任意注入下的电流电压关系电流方向与x正向相,4,3）任意注入下的基区度越时间与输运系数,发射结正偏，且,V,BE,kT/q,集电结反偏,3）任意注入下的基区度越时间与输运系数发射结正偏，且VBE,5,均匀基区小注入,缓变基区小注入,大注入,均匀基区小注入缓变基区小注入大注入,6,均匀基区,晶体管,缓变基区,晶体管,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管小注入的情况相同，只是扩散系数增大一倍。,的,变化范围,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。,均匀基区缓变基区结论：在大注入时，基区扩散系数趋于一致，形式,7,4）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：,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：,大注入：,特点：,n,(0)与V,BE,的关系指数因子降为qV,BE,/2kT,而且,n,(0),与,N,B,无关。,4）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：,8,5）任意注入下的发射结注入效率,分子分母同乘以,A,E,q,大注入,大注入时，,随,I,c,的增加而下降,5）任意注入下的发射结注入效率分子分母同乘以AEq大注入大注,9,6）电流放大系数随工作点的变化,大注入,6）电流放大系数随工作点的变化大注入,10,2、,基区扩展效应,1,）少子电荷对集电结电场分布的影响,注入水平增加,集电结空间电荷区载流子浓度 增加,(,p侧）,(,n,-,侧）,集电结空间电荷区电场分布发生变化,P,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,P,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,P,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,P,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,P,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,2、 基区扩展效应1）少子电荷对集电结电场分布的影响注入水平,11,2,）强电场下的基区纵向扩展,当,J,C,增加到E(0)=0时，J,C,继续,增加，基区开始扩展。,E,(0)=0时对应的注入电流密度为临界电流密度用,J,CH,表示,(,n,-,侧）,N,+,N,-,N,+,E,B,C,0,W,C,P,2）强电场下的基区纵向扩展当JC增加到E(0)=0时，JC继,12,对上式在,0W,C,内,积分,当,J,C,J,CH,n,侧的空间电荷区,宽度变为,W,C,-W,B,，即基区宽度增加W,B,对上式在0WC内积分当JCJCHn侧的空间电荷区宽度,13,5）基区纵向扩展对晶体管特性的影响,强电场下，当,J,C,J,CH,时的载流子分布,W,b,W,b,n,b,(,x,),n,E,均匀基区晶体管,5）基区纵向扩展对晶体管特性的影响强电场下，当JCJCH时,14,综上所述，当 时， 和 随,I,C,增加而下降，因此 是防止出现基区纵向扩展效应的最大电流密度，它也是一般平面晶体管的最大电流的限制。,缓变基区晶体管,有效基区扩展,结论：,综上所述，当 时， 和 随,15,3、,发射极电流集边效应,1）发射极电流集边效应,在大电流状态下，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区产生较大的横向压降,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:,B,E,B,3、发射极电流集边效应1）发射极电流集边效应在大电流状态下，,16,“”表示发射极电流,与坐标的取向相反,2)有效发射极条宽,对 式微分,发射极,基极,E,l,y,y,+d,y,0,B,C,y,两边同乘以 并从0到y积分,“”表示发射极电流2)有效发射极条宽对,17,该式说明，由于电流集边效应，可以把发射结条宽等效为,y,0,。即近似地认为发射结上只在0y,0,的范围内才有电流存在，其电流密度是均匀的，等于J,E,(0)。y,0,被称为发射结有效宽度。,该式说明，由于电流集边效应，可以把发射结条宽等效为y0。即近,18,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,(1)定义：,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,i,0,J,CR,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。,R,B1,和I,B,越大，y,0,越小,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(1,19,(2)确定,i,0,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,i,0,开关晶体管,一般晶体管,线性放大晶体管,(2)确定i0依据：不发生大注入效应和有效基区扩展效应防止,20,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流密度和有效发射极条宽来确定。,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,21,