北工大復試筆試晶體管的課件

二、pn結(jié)形成工藝介紹1.合金法：

P型區(qū)中受主雜質(zhì)濃度為NA，均勻分布；

N型區(qū)中施主雜質(zhì)濃度為ND，均勻分布；交界面處，雜質(zhì)濃度由NA(P型)突變?yōu)镹D(N型)；

--突變結(jié)。單邊突變結(jié)：兩邊雜質(zhì)濃度相差很多，如N區(qū)ND=1014cm-3，P區(qū)NA=1019cm-3。如果P區(qū)濃度比N區(qū)濃度高，用p+n表示；

如果N區(qū)濃度比P區(qū)濃度高，用n+p表示；§6.2p－n結(jié)電流電壓特性一、非平衡狀態(tài)下的pn結(jié)1、外加電壓下，pn結(jié)勢壘的變化及載流子的運動。正向偏置：p接正，n接負。外部電場與內(nèi)建電場相反，消弱內(nèi)建勢壘；勢壘區(qū)邊界有非平衡電子和空穴的注入；反向偏置：n接正，p接負，外部電場與內(nèi)建電場相同，加強內(nèi)建勢壘；空間電荷區(qū)邊界處，出現(xiàn)非平衡載流子的抽??；正向注入（電注入）：外加正向偏壓使非平衡載流子進入半導體的過程稱為非平衡載流子的電注入。分別在界面（-xTP和xTN）處積累，產(chǎn)生過剩載流子。pp0np0nn0pn0空穴擴散流電子擴散流假設：忽略勢壘區(qū)中的載流子產(chǎn)生-復合；載流子在擴散過程中，空穴與N區(qū)漂移過來的電子不斷地復合，使空穴擴散電流不斷地轉(zhuǎn)化為電子漂移電流；P區(qū)的多子空穴電流，N區(qū)的多子電子電流，經(jīng)過PN結(jié)后，實現(xiàn)了相互轉(zhuǎn)換。反向偏置：n接正，p接負，外部電場與內(nèi)建電場相同，加強內(nèi)建勢壘；空間電荷區(qū)邊界處，出現(xiàn)非平衡載流子的抽??；外加電壓V基本上全降落在耗盡區(qū)的勢壘上；勢壘高度由平衡時的qVD升高到q(VD－V)；載流子擴散更困難，漂移電流大于擴散電流，產(chǎn)生凈漂移流；電子：P區(qū)→N區(qū)、空穴：N區(qū)→P區(qū)產(chǎn)生了非平衡載流子；少數(shù)載流子的抽取:N區(qū)邊界xTN處的空穴，P區(qū)邊界-xTP處的電子，被勢壘區(qū)的強電場，掃向兩側(cè)。體內(nèi)的少子補充，形成反偏下的空穴擴散電流和電子擴散電流。即：少數(shù)載流子不斷地被抽向?qū)Ψ?1.小信號參數(shù)和小信號等效電路小信號工作是指輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓滿足線性關(guān)系；BJT工作在正向有源區(qū)；輸入和輸出信號電壓<<熱電壓（KT/q)。共發(fā)射極電路中輸出電壓和電流的總瞬時值表示為：

vBE=VBE＋vbe

（3-1）

iC=IC+ic

（3-2）工作頻率低，可以認為iC隨vbe的變化規(guī)律與IC隨VBE的變化規(guī)律相同，

（2-23）（3-3）因此可寫出總瞬時值將總瞬時值表示為定態(tài)分量與信號分量之和并代人上式，則vbe<kT/q時指數(shù)展開從上式可以看出，只要vbe<<kT/q，則ic=ICqvbe/kT（3-6）(事實上，因此上式成立)

為描述小信號工作特性，可以將具有三個引出端的BJT看作二端口網(wǎng)絡，進而利用適合于二端口網(wǎng)絡的理論方法。用i1和i2表示輸人信號電流和輸出信號電流，v1和v2表示輸入信號電壓和輸出信號電壓，電壓及電流的假定正方向如圖3-1所示。圖3-1二端口網(wǎng)絡

選擇v1、v2的為獨立變量，則小信號電流電壓方程是y參數(shù)方程：(3-7)T

v2

i1

+

i2

v1

+y11、y12、y21和y22構(gòu)成一組小信號參數(shù)，稱為y參數(shù)或短路導納參數(shù)，這組小信號參數(shù)是在終端短路條件下定義和測量的，即：短路輸入導納短路正向跨(轉(zhuǎn)移)導納短路反向跨(轉(zhuǎn)移)導納短路輸出導納y參數(shù)小信號等效電路等效電路如果用另外一些元件構(gòu)成一個電路，使其輸入輸出端上信號量之間的關(guān)系和晶體管的完全一樣，則這個電路就是晶體管的

等效電路。在分析含有晶體管的電路時，可以用等效電路來代替晶體管。要注意的是，等效電路是對外等效對內(nèi)不等效，所以等效電路不能用來研究晶體管的內(nèi)部物理過程。受控電源受控電源受控電源受控電源受控電源

上述兩組小信號h參數(shù)可以分別用于共E、共B和共C三種接法中的任何一種，參數(shù)的下角標中以e,b，c表示不同接法，例如共發(fā)射極h參數(shù)表示為h11e(hie)、h12e(hre),h21e(hfe)和h22e(hoe)

。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

（3-12）bece+-hiehfeibhoevcevbehrevceibic圖3-2共發(fā)射極h參數(shù)小信號等效電路共基y參數(shù)轉(zhuǎn)換成共射h參數(shù)關(guān)系：y參數(shù)變換成h參數(shù)：

不同電路接法的小信號參數(shù)之間也能相互變換：均勻基區(qū)理想晶體管的小信號模型（以NPN晶體管為例）假定：小信號工作。小注入工作，基區(qū)內(nèi)建電場強度等于零。不考慮Early效應，有效基區(qū)寬度恒定不變。不考慮PN結(jié)過渡區(qū)電容的電荷存貯，其充放電電流不包括在電流電壓方程中，按此假定推導出來的小信號參數(shù)稱作本征小信號參數(shù)。小信號共基極本征(角標i表示)y參數(shù)的表示式：(3-31)在正向有源區(qū)，共基極本征y參數(shù)表示式(3-31)重新整理成:以上得到的結(jié)果一般稱作本征小信號參數(shù)的嚴格解。對(3-31)化簡，可以看清y參數(shù)的物理意義：共基極本征輸入導納是一個電導和(擴散)電容的并聯(lián)。同樣共基極本征輸出導納yi22b也可表示為共基極本征輸出導納是一個電導和(擴散)電容的并聯(lián)。物理意義：共基正向轉(zhuǎn)移導納可視為由輸出端輸出的被放大了的輸入導納物理意義：共基反向轉(zhuǎn)移導納可視為由輸入端輸出的被放大了的輸出導納

小信號混合π模型最早是由L.J.Giaco1etto提出來的，所以又稱Giacoletto模型。建立這種模型的方法是：首先推導低頻小信號電流電壓方程，根據(jù)這些方程畫低頻等效電路，然后考慮發(fā)射結(jié)、集電結(jié)空間電荷區(qū)及中性基區(qū)、發(fā)射區(qū)的電荷貯存效應，將表示這些效應的過渡區(qū)電容及擴散電容分別聯(lián)接到等效電路的不同結(jié)點上，最后是將基極電阻及代表其它寄生效應的元件聯(lián)接進去，從而得出完整的高頻等效電路。2．混合π模型

以兩PN結(jié)外加電壓VBE和VCB為自變量的直流電流電壓方程一般可用下式表示IB=f1(VBE,VCB)IC=f2VBE，VCB）（3-35）

小信號電流電壓方程(共射極接法下)(3-36)2．混合π模型為輸入電導為反饋電導為跨導為輸出電導求上述四個系數(shù)：工作在正向有源區(qū)跨導(transconductance)是指短路輸出電流隨輸入電壓的變化率：(3-42)跨導gm是BJT的重要小信號參數(shù)。表征輸入電壓（Vbe）對輸出電流（Ic）的控制能力。因為BJT的輸出電流（Ic）與輸入電壓（Vbe）具有指數(shù)函數(shù)關(guān)系，所以BJT具有很大的跨導：gm≈(q/kT)Ie。例如共E以及共B電阻負載的小信號放大器中，開路電壓增益的數(shù)值都正比于gm，gm愈大則電壓增益愈高。人們常將跨導或跨導與其它參數(shù)一起看做放大器件的優(yōu)值，在工作原理不相似的器件之間進行性能比較。第二個小信號參數(shù)為輸入電導，其表示式是（3-43）第三個小信號參數(shù)為用g0表示的輸出電導最后一個小信號參數(shù)gμ稱為反饋電導：（3-45）（對寬均勻基區(qū)晶體管，基區(qū)復合項起主要作用）

對高β晶體管中，向發(fā)射區(qū)注入的電流IpE是基極電流的主要成分，基區(qū)復合電流可以被忽略，IpE只決定于VBE，與VCB無關(guān)，固定VBE改變VCB時，IpE保持恒定不變，因而基極電流固定不變，＝0gu=0。共發(fā)射極接法，vbe、vce為獨立變量，用vce-vbe代替下面方程中vcb，ib=gievbe+grevce=yievbe+yrevceic=gfevbe+goevce=yfevbe+yoevce

（3--59）則得出一組共發(fā)射極低頻y參數(shù)方程：（3-36）式中ib=gievbe+grevceic=gfevbe+goevce圖3-3共發(fā)射極低頻y參數(shù)等效電路圖3--3可以直接被變換成圖3--4所示π型等效電路，只要電路中各元件與共發(fā)射極y參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：(3-61)圖3-4(低頻本征小信號)π型等效電路i’b=gb’evb’e+gcb’vcb’ic=g