半導(dǎo)體器件物理-第三章課件

第三章雙極結(jié)型晶體管

第三章雙極結(jié)型晶體管

第三章雙極結(jié)型晶體管發(fā)展歷史:

1947.12.23日第一只點(diǎn)接觸晶體管誕生-BellLab.(Bardeen、Shockley、Brattain)

1949年提出PN結(jié)和雙極結(jié)型晶體管理論-BellLab.(Shockley)

1951年制造出第一只鍺結(jié)型晶體管-BellLab.(Shockley)

1956年制造出第一只硅結(jié)型晶體管-美得洲儀器公司（TI）

1956年Bardeen、Shockley、Brattain獲諾貝爾獎(jiǎng)

1956年中國制造出第一只鍺結(jié)型晶體管-（吉林大學(xué)高鼎三）

1970年硅平面工藝成熟，雙極結(jié)型晶體管大批量生產(chǎn)第三章雙極結(jié)型晶體管發(fā)展歷史:3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為低頻管和高頻管，小功率管和大功率管，高反壓管和開關(guān)管等等。但從基本結(jié)構(gòu)來看，它們都由兩個(gè)十分靠近的，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的P-N結(jié)組成。兩個(gè)P-N結(jié)將晶體管劃分為三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。由三個(gè)區(qū)引出的電極分別稱為發(fā)射極、基極和集電極，用符號(hào)E、B、C（e、b、c）表示。晶體管的基本形式可分為PNP型和NPN型兩種。

晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為低頻管和高頻管，小功3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)

3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)合金管

合金管是早期發(fā)展起來的晶體管。其結(jié)構(gòu)是在N型鍺片上，一邊放受主雜質(zhì)銦鎵球，另一邊放銦球，加熱形成液態(tài)合金后，再慢慢冷卻。冷卻時(shí)，鍺在銦中的溶解度降低，析出的鍺將在晶片上再結(jié)晶。再結(jié)晶區(qū)中含大量的銦鎵而形成P型半導(dǎo)體，從而形成PNP結(jié)構(gòu)，如圖所示。圖中Wb為基區(qū)寬度，Xje和Xjc分別為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的結(jié)深。合金結(jié)的雜質(zhì)分布特點(diǎn)是：三個(gè)區(qū)的雜質(zhì)分布近似為均勻分布，基區(qū)的雜質(zhì)濃度最低，且兩個(gè)P-N結(jié)都是突變結(jié)。合金結(jié)的主要缺點(diǎn)是基區(qū)較寬，一般只能做到10微米左右。因此頻率特性較差，只能用于低頻區(qū)。

合金管合金管是早期發(fā)展起來的晶體管。其結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體器件物理-第三章ppt課件半導(dǎo)體器件物理-第三章ppt課件平面管平面管

平面晶體管的發(fā)射區(qū)和基區(qū)是用雜質(zhì)擴(kuò)散的方法制造得到的，所以在平面管的三層結(jié)構(gòu)即三個(gè)區(qū)域的雜質(zhì)分布是不均勻的。其雜質(zhì)分布可根據(jù)擴(kuò)散工藝推算出來，如圖所示。平面晶體管的發(fā)射區(qū)和基區(qū)是用雜質(zhì)擴(kuò)散的方法制3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)芯片是通過以下步驟制造出來的襯底制備

襯底為低阻N型硅，電阻率在左右，沿（111）面切成厚約的圓片，研磨拋光到表面光亮如鏡。外延

外延層為N型，按電參數(shù)要求確定其電阻率及厚度。

一次氧化

高溫生長的氧化層用來阻擋硼、磷等雜質(zhì)向硅中擴(kuò)散，同時(shí)也起表面鈍化作用。光刻硼擴(kuò)散窗口

3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)芯片是通過以下步驟制造出來的3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)硼擴(kuò)散和二次氧化硼擴(kuò)散后在外延層上形成P型區(qū)，熱生長的氧化層用來阻擋磷向硅中擴(kuò)散，并起鈍化作用。光刻磷擴(kuò)散窗口

磷擴(kuò)散和三次氧化磷擴(kuò)散后在P型區(qū)磷雜質(zhì)補(bǔ)償硼而形成N+區(qū)，熱氧化層用作金屬與硅片間電絕緣介質(zhì)。

光刻發(fā)射極和基極接觸孔蒸發(fā)鋁

在鋁上光刻出電極圖形

3.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)硼擴(kuò)散和二次氧化

晶體管的基區(qū)雜質(zhì)分布有兩種形式：●均勻分布（如合金管），稱為均勻基區(qū)晶體管。均勻基區(qū)晶體管中，載流子在基區(qū)內(nèi)的傳輸主要靠擴(kuò)散進(jìn)行，故又稱為擴(kuò)散型晶體管。●基區(qū)雜質(zhì)是緩變的（如平面管），稱為緩變基區(qū)晶體管。這類晶體管的基區(qū)存在自建電場，載流子在基區(qū)內(nèi)除了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，還存在漂移運(yùn)動(dòng)，而且往往以漂移運(yùn)動(dòng)為主。所以又稱為漂移型晶體管。晶體管的基區(qū)雜質(zhì)分布有兩種形式：3.2基本工作原理3.2基本工作原理3.2基本工作原理雙極晶體管有四種工作模式，相應(yīng)地稱為四個(gè)工作區(qū)。令，，分別為基極對(duì)發(fā)射極和基極對(duì)集電極的電壓。則四種工作模式是：（1）

正向有源模式：0，0；（2）

反向有源模式：0，0；（3）

飽和模式：0，0；（4）

截止模式：

0，0。3.2基本工作原理雙極晶體管有四種工作模式，相應(yīng)地稱為四個(gè)工作模式和少子分布(1)正向有源工作模式：

0，0基區(qū)少子滿足的邊界條件為，(2)反向有源工作模式：<0，>0

相應(yīng)的邊界條件為:,(3)飽和工作模式：0，0相應(yīng)的邊界條件為:,(4)截止工作模式:<0，<0相應(yīng)的邊界條件為:前面指出，雙極晶體管有四種工作模式，取決于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置狀況。工作模式和少子分布前面指出，雙極晶體管有四種工作模式，取決于NPN晶體管作為放大應(yīng)用時(shí)，少數(shù)載流子濃度分布示意圖

NPN晶體管作為放大應(yīng)用時(shí)，少數(shù)載流子濃度分布示意圖

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)將向基區(qū)注入非平衡少子。注入的少子在基區(qū)邊界積累，并向基區(qū)體內(nèi)擴(kuò)散。邊擴(kuò)散，邊復(fù)合，最后形成一穩(wěn)定分布，記作nB(x)。同樣，基區(qū)也向發(fā)射區(qū)注入空穴，并形成一定的分布，記作pE(x)。

集電結(jié)反偏，集電結(jié)勢壘區(qū)對(duì)載流子起抽取作用。當(dāng)反向偏壓足夠高時(shí)，在基區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到集電結(jié)勢壘區(qū)XmC的電子，都被勢壘區(qū)電場拉向集電區(qū)。因此，勢壘區(qū)邊界X3處少子濃度下降為零；同樣，在集電區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到XmC的空穴，也被電場拉向基區(qū)，在X4處少子濃度也下降為零，其少子濃度分布為pC(x)。

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)將向基區(qū)注入非平衡少子。注3.4愛拜耳斯-莫爾方程

四種工作模式及相應(yīng)的少子分布

此外，

0正向有源飽和截止反向有源圖3-14晶體管四種不同工作模式對(duì)應(yīng)的少數(shù)載流子分布3.4愛拜耳斯-莫爾方程

此外，0正向有源飽和截止3.2基本工作原理共基極連接晶體管的放大作用

3.2基本工作原理共基極連接晶體管的放大作用3.2基本工作原理共基極連接晶體管的放大作用

圖3-6（b）NPN晶體管共基極能帶圖

當(dāng)晶體管作為放大運(yùn)用時(shí)發(fā)射結(jié)加正向偏壓VE集電結(jié)加反向偏壓VC

3.2基本工作原理共基極連接晶體管的放大作用圖3-6（3.2基本工作原理電流分量

3.2基本工作原理電流分量3.2基本工作原理電流分量

是從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)中的電子流。是到達(dá)集電結(jié)的電子流。是基區(qū)注入電子通過基區(qū)時(shí)復(fù)合所引起的復(fù)合電流是從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴電流是發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流。是集電結(jié)反向電流，它包括集電結(jié)反向飽和電流和集電結(jié)空間電荷區(qū)產(chǎn)生電流。

3.2基本工作原理電流分量是從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)中的電子流3.2基本工作原理電流分量

（3-1）

（3-2）

（3-3）

（3-4）

3.2基本工作原理電流分量（3-1）（3-2）（3-3.2基本工作原理電流增益

為描述晶體管的增益特性引進(jìn)以下物理量

發(fā)射極注射效率

（3-5）

（3-7）

基區(qū)輸運(yùn)因子

共基極直流電流增益

（3-6）

3.2基本工作原理電流增益（3-5）（3-7）基區(qū)輸3.2基本工作原理電流增益

顯然

（3-8）

（3-10）

利用（3-3）式，（3-7）式可以改寫成考慮到集電結(jié)正反兩種偏壓條件的完全表達(dá)式為（3-9）

3.2基本工作原理電流增益（3-8）（3-10）利用減小基區(qū)體內(nèi)復(fù)合電流是提高βT的有效途徑，主要措施是減薄基區(qū)寬度WB，使基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子在基區(qū)的擴(kuò)散長度LnB，即WB遠(yuǎn)小于LnB。所以，在晶體管生產(chǎn)中，必須嚴(yán)格控制基區(qū)寬度，從而得到合適的電流放大系數(shù)。若基區(qū)太寬，甚至比基區(qū)少子擴(kuò)散長度大得多，則晶體管相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的二極管。發(fā)射結(jié)相當(dāng)于一只正向偏壓二極管，集電結(jié)相當(dāng)于一只反向偏壓二極管，互不相干。這樣，晶體管就失去放大電流、電壓的能力。

減小基區(qū)體內(nèi)復(fù)合電流是提高βT的有效途徑，主要措施是減薄基區(qū)3.2基本工作原理式中定義

共發(fā)射極接法

3.2基本工作原理式中定義共發(fā)射極接法晶體管的放大作用

晶體管在共射極運(yùn)用時(shí)，IC=hFEIB。由于hFE遠(yuǎn)大于1，輸入端電流IB的微小變化，將引起輸出端電流IC較大的變化，因此具有放大電流的能力。在共基極運(yùn)用時(shí)，IC=αIE。由于α接近于1，當(dāng)輸入端電流IE變化△IE時(shí)，引起輸出端電流IC的變化量△IC小于等于△IE。所以起不到電流放大作用。但是可以進(jìn)行電壓和功率的放大。

晶體管的放大作用晶體管在共射極運(yùn)用時(shí)，IC=晶體管具有放大能力，必須具有下面條件（1）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比基區(qū)雜質(zhì)濃度高得多，即NE遠(yuǎn)大于NB，以保證發(fā)射效率γ≈1；（2）基區(qū)寬度WB遠(yuǎn)小于LnB，保證基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)βT≈1；（3）發(fā)射結(jié)必須正偏，使re很小；集電結(jié)反偏，使rc很大，rc遠(yuǎn)大于re。晶體管具有放大能力，必須具有下面條件（1）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比晶體管的特性曲線

晶體管的特性曲線形象地表示出晶體管各電極電流與電壓間的關(guān)系，反映晶體管內(nèi)部所發(fā)生的物理過程，以及晶體管各直流參數(shù)的優(yōu)劣。所以，在生產(chǎn)過程中常用特性曲線來判斷晶體管的質(zhì)量好壞。晶體管的接法不同，其特性曲線也各不相同。晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線形象地表示出晶共基極輸入特性曲線

輸出電壓VCB一定時(shí)，輸入電流與輸入電壓的關(guān)系曲線，即IE～VBE關(guān)系曲線。共基極輸入特性曲線輸出電壓VCB一定時(shí)，輸入電

由于發(fā)射結(jié)正向偏置，所以，IE～VBE輸入特性實(shí)際上就是正向P-N結(jié)的特性，因而IE隨VBE指數(shù)增大。但它與單獨(dú)P-N結(jié)間存在差別，這是由于集電結(jié)反向偏置VCB影響的結(jié)果。若VCB增大，則集電結(jié)的勢壘變寬，勢壘區(qū)向基區(qū)擴(kuò)展，這樣就使有效基區(qū)寬度隨VCB增加而減?。ㄟ@種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)）。由于WB減小，使少子在基區(qū)的濃度梯度增加，從而引起發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流InE增加，因而發(fā)射極電流IE就增大。所以，輸入特性曲線隨VCB增大而左移。

由于發(fā)射結(jié)正向偏置，所以，IE～VBE輸入特共射極輸入特性曲線

在輸出電壓VCE一定時(shí)，輸入端電流IB與輸入端電壓VBE的關(guān)系曲線，即IB～VBE曲線。

共射極輸入特性曲線在輸出電壓VCE一定時(shí)，輸入

由于發(fā)射結(jié)正偏，如將輸出端短路，VCE=0時(shí)，就相當(dāng)于將發(fā)射結(jié)與集電結(jié)兩個(gè)正向P-N結(jié)并聯(lián)。所以，輸入特性曲線與正向P-N結(jié)伏安特性相似。當(dāng)集電結(jié)處于反偏時(shí)，由于基區(qū)寬度減小，基區(qū)內(nèi)載流子的復(fù)合損失減少，IB也就減少。所以，特性曲線隨VCE的增加而右移。而且，當(dāng)VBE=0時(shí)，IpE和IVR都等于零，故IB=-ICBO。因而在VBE=0處，特性曲線下移至ICBO。

由于發(fā)射結(jié)正偏，如將輸出端短路，VCE=0時(shí)共基極輸出特性曲線輸出端電流隨輸出電壓變化的關(guān)系曲線，即IC～VCB關(guān)系曲線。

共基極輸出特性曲線輸出端電流隨輸出電壓變化的關(guān)系曲線，即IC

當(dāng)IE=0，即發(fā)射結(jié)不發(fā)射載流子時(shí)，輸出電流IC=ICBO，這時(shí)的輸出特性就是集電結(jié)的反向特性，即圖中最靠近水平坐標(biāo)而且基本上平行于坐標(biāo)軸的曲線。當(dāng)IE≠0時(shí)，隨著IE的增加，IC按αIE的規(guī)律增大。若IE取不同的數(shù)值，就得到一組基本上互相平行的IC～VCB關(guān)系曲線，這就是共基極輸出特性曲線。

當(dāng)IE=0，即發(fā)射結(jié)不發(fā)射載流子時(shí)，輸出電共射極輸出特性曲線IC～VCE關(guān)系曲線

共射極輸出特性曲線IC～VCE關(guān)系曲線

當(dāng)IB=0（基極開路）時(shí)，IC=ICEO。這是因?yàn)楣采錁O電路的輸出電壓為VCE，這個(gè)電壓雖然主要降落在集電結(jié)上，使集電結(jié)反偏，但也有一小部分電壓降落在發(fā)射結(jié)上，使發(fā)射結(jié)正偏。因此共射極電路中，當(dāng)IB=0時(shí)，IE并不為零，這部分發(fā)射極電流輸運(yùn)到集電極上，使輸出電流ICE0比ICB0大，這就是圖中下面的第一條曲線。當(dāng)IB≠0時(shí)，隨著IB的增加，IC就按βIB的規(guī)律增加。IB取不同的數(shù)值，IB～VCE關(guān)系就得到一組曲線。當(dāng)IB=0（基極開路）時(shí)，IC=ICEO。這3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.1電流傳輸

理想晶體管的主要假設(shè)及其意義：

（1）各區(qū)雜質(zhì)都是均勻分布的，因此中性區(qū)不存在內(nèi)建電場；（2）結(jié)是理想的平面結(jié)，載流子作一維運(yùn)動(dòng)；（3）橫向尺寸遠(yuǎn)大于基區(qū)寬度，并且不考慮邊緣效應(yīng)，所以載流子運(yùn)動(dòng)是一維的；（4）基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度；（5）中性區(qū)的電導(dǎo)率足夠高，串聯(lián)電阻可以忽略，偏壓加在結(jié)空間電荷區(qū)上；（6）發(fā)射結(jié)面積和集電結(jié)面積相等；（7）小注入，等等

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.1電流傳輸晶體管中載流子濃度分布及傳輸

設(shè)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的雜質(zhì)皆為均勻分布，分別用NE、NB、NC表示，且NE遠(yuǎn)大于NB大于NC。

We

發(fā)射區(qū)寬度Wb

基區(qū)寬度Wc

集電區(qū)寬度Xme

發(fā)射結(jié)勢壘寬度Xmc

集電結(jié)勢壘寬度晶體管中載流子濃度分布及傳輸設(shè)發(fā)射區(qū)、基區(qū)3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.1電流傳輸

圖3-10是理想雙極結(jié)型晶體管雜質(zhì)分布和耗盡區(qū)示意圖以及所采用的坐標(biāo)。3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.1電流傳輸圖33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

一、電流傳輸

中性基區(qū)（0）少子電子分布及其電流：

邊界條件為：（3-16）

（3-17）

（3-18）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

一、電流傳輸邊界條件為3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

電子電流

（3-16）

（3-19）

（3-20）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

電子電流（3-16）3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

二、發(fā)射區(qū)少子空穴分布及其電流：邊界條件：

（3-21）

（3-23a）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

二、發(fā)射區(qū)少子空穴分布3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

若，（3-23a）式可以寫作：

（3-23b）

（3-24）

空穴電流為：3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

若3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

三、集電區(qū)少子空穴分布及其電流

邊界條件：

（3-23）

（3-26）

（3-25）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

三、集電區(qū)少子空穴分布3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.2正向有源模式一、少數(shù)載流子分布

在的情況下，（3-27a）式簡化

（3-27a）

（3-27b）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.2正向有源模式3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.2正向有源模式圖3-11正向有源模式下晶體管各區(qū)少數(shù)載流子分布3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

3.3.2正向有源模式3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

二、電流分量

基區(qū)電子電流：

（3-28）

（3-29）

若

（3-30）

（3-31）

（3-32）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

二、電流分量（3-23.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

空穴電流

（3-24）

（3-33）

正偏壓發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流：

（3-34）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

空穴電流（3-24）3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

（3-35）

（3-36）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

（3-35）（3-33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

晶體管的輸出特性曲線

圖3-12NPN晶體管的靜態(tài)電流電壓特性

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

晶體管的輸出特性曲線3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

三、共發(fā)射極電流增益（3-37）

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

三、共發(fā)射極電流增益3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

四、共發(fā)射極電流增益與工作電流的關(guān)系圖3-13電流增益對(duì)集電結(jié)電流的依賴關(guān)系

3.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸

四、共發(fā)射極電流增益與3.11擊穿電壓3.11擊穿電壓功率晶體管的二次擊穿和安全工作區(qū)

二次擊穿是功率晶體管早期失效或損壞的重要原因，它已成為影響功率晶體管安全可靠使用的重要因素。自從1957年發(fā)現(xiàn)二次擊穿現(xiàn)象以來，二次擊穿一直受到極大的重視。

功率晶體管的二次擊穿和安全工作區(qū)晶體管二次擊穿的實(shí)驗(yàn)曲線

晶體管二次擊穿的實(shí)驗(yàn)曲線

擊穿曲線上可用A、B、C、D四點(diǎn)將其分為四個(gè)區(qū)域。當(dāng)電壓VCE增加到集電結(jié)的雪崩擊穿電壓時(shí)，首先在A點(diǎn)發(fā)生雪崩擊穿；雪崩擊穿后，集電極電流IC隨電壓增加很快上升。當(dāng)電流增加到B點(diǎn)，并在B點(diǎn)經(jīng)過短暫的停留后，晶體管將由高壓狀態(tài)躍變到低壓大電流C點(diǎn)，若電路無限流措施，電流將繼續(xù)增加，進(jìn)入低壓大電流區(qū)域CD段，直至最后燒毀。

擊穿曲線上可用A、B、C、D四點(diǎn)將其分為四個(gè)二次擊穿

器件承受的電壓突然降低，電流繼續(xù)增大，器件由高壓小電流狀態(tài)突然躍入低壓大電流狀態(tài)的一種現(xiàn)象。

二次擊穿器件承受的電壓突然降低，

二次擊穿對(duì)晶體管具有一定的毀壞作用。在二次擊穿狀態(tài)下停留一定時(shí)間后，會(huì)使器件特性惡化或失效。若外加限流電阻，并適當(dāng)減小使用功率，對(duì)于二次擊穿耐量高的晶體管，可以得到可逆的二次擊穿特性，利用此特性可以制成二次擊穿振蕩器。二次擊穿耐量低的晶體管，經(jīng)多次二次擊穿后必然失效。

二次擊穿對(duì)晶體管具有一二次擊穿的機(jī)理

●熱型（熱不穩(wěn)定型）：二次擊穿是局部溫度升高和電流集中往復(fù)循環(huán)的結(jié)果。而循環(huán)和溫度升高都需要一定的時(shí)間，因此熱型二次擊穿的觸發(fā)時(shí)間較長。（慢速型）●電流型（雪崩注入型）：由雪崩注入引起雪崩擊穿即刻發(fā)生，所以此種擊穿的特點(diǎn)是器件由高壓小電流狀態(tài)向低壓大電流狀態(tài)過渡十分迅速，所需延遲時(shí)間很短，因此電流型二次擊穿是快速型的二次擊穿。

二次擊穿的機(jī)理●熱型（熱不穩(wěn)定型）：二次擊穿是局部溫度升高晶體管的安全工作區(qū)（SOA）

晶體管能安全可靠地工作，并具有較長壽命的工作范圍。由最大集電極電流ICM，極限電壓BVCE0，最大功耗線和二次擊穿臨界線PsB所限定的區(qū)域。晶體管的安全工作區(qū)（SOA）晶體管能安全可功率晶體管直流安全工作區(qū)

功率晶體管直流安全工作區(qū)

最大功耗線（圖中實(shí)線）

由最大耗散功率PCm、熱阻、最高結(jié)溫和環(huán)境溫度決定。功耗線右邊（Ⅰ區(qū)）為功率耗散過荷區(qū)。功率過大，將產(chǎn)生大量熱量，造成引線熔斷和鎳鉻電阻燒毀等。

最大功耗線（圖中實(shí)線）由

二次擊穿臨界線（圖中虛線）

由實(shí)驗(yàn)測定，它隨改善二次擊穿特性措施的實(shí)施而逐漸靠近最大功耗線。區(qū)域Ⅱ?yàn)闊嵝投螕舸﹨^(qū)。工作在此區(qū)內(nèi)，晶體管將產(chǎn)生過熱點(diǎn)，最終導(dǎo)致材料局部熔化，結(jié)間產(chǎn)生熔融孔而永久失效。

二次擊穿臨界線（圖中虛線）

Ⅲ區(qū)為雪崩注入二次擊穿區(qū)，若外電路無限流措施，同樣會(huì)造成晶體管永久失效。

Ⅳ區(qū)為雪崩擊穿區(qū)。在Ⅲ、Ⅳ兩區(qū)內(nèi)，若采取限流措施，均不會(huì)造成晶體管永久失效，

Ⅴ區(qū)為電流過荷區(qū)，電流過荷區(qū)將會(huì)使β、特征頻率等參數(shù)嚴(yán)重下降，晶體管性能惡化。

Ⅲ區(qū)為雪崩注入二次擊穿區(qū)，若外電路無限流措

晶體管的安全工作區(qū)

（圖中陰影部分）

安全工作區(qū)的大小與電路工作狀態(tài)有關(guān)。從設(shè)計(jì)和制造的角度考慮，盡量擴(kuò)大晶體管的安全工作區(qū)仍是高頻功率管的重要任務(wù)。晶體管的安全工作區(qū)

（圖中陰影部分）

如何擴(kuò)大安全工作區(qū)

首先，努力做到使安全工作區(qū)由最大集電極電流ICM，最高集電極電壓BVCE0和最大功耗線所限定。（改善器件的二次擊穿特性，將二次擊穿臨界線移到最大功耗線之外，至少也要移到最大功耗線上。）其次，通過選擇合適的材料和正確的設(shè)計(jì)。（提高器件的耐壓；增大器件的最大電流；降低熱阻，提高晶體管的耗散功率）如何擴(kuò)大安全工作區(qū)首先，努

晶體管中最高電壓的根本限制與在P-N結(jié)二極管中的相同，即雪崩擊穿或齊納擊穿。但是，擊穿電壓不僅依賴于所涉及的P-N結(jié)的性質(zhì)，它還依賴于外部的電路結(jié)構(gòu)。一、共基極連接在發(fā)射極開路的情況下，晶體管集電極和基極兩端之間容許的最高反向偏壓:經(jīng)驗(yàn)公式（對(duì)于共基極電路）：圖3-27中，在處突然增加.從集電極電流與發(fā)射極電流之間的關(guān)系來看，包含雪崩效應(yīng)的有效電流增益增大M倍，即（3-99）

（3-100）

晶體管中最高電壓的根本限制與在P-N結(jié)二極3.11擊穿電壓當(dāng)M接近無窮時(shí)滿足擊穿條件。

圖3-27共發(fā)射極和共基極電路的擊穿電壓3.11擊穿電壓當(dāng)M接近無窮時(shí)滿足擊穿條件。3.11擊穿電壓二、共發(fā)射極連接由于，因此，包含雪崩效應(yīng)的共發(fā)射極電流增益為當(dāng)達(dá)到的條件時(shí)，新的電流增益變?yōu)闊o窮，即發(fā)生擊穿。由于非常接近于1，當(dāng)不要比1大很多時(shí)就能滿足共發(fā)射極擊穿條件?；鶚O開路情況下的擊穿電壓用表示。令（3-99）式中的并使等于，可以解得硅的數(shù)值在2到4之間，在值較大時(shí)，共發(fā)射極擊穿電壓可比共基極擊穿電壓低很多。（3-101）

（3-102）

3.11擊穿電壓二、共發(fā)射極連接（3-101）（3-1023.11擊穿電壓共發(fā)