3.3

緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)

本節(jié)以

NPN

管為例，結(jié)電壓為

VBE

與

VBC。PN+N0xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0xjcxje

基區(qū)雜質(zhì)分布的不均勻會在基區(qū)中產(chǎn)生一個內(nèi)建電場

E

，使少子在基區(qū)內(nèi)以漂移運動為主，所以緩變基區(qū)晶體管又稱為漂移晶體管。

本節(jié)求基區(qū)輸運系數(shù)的思路

進而求出基區(qū)渡越時間

將

E

代入少子電流密度方程，求出

JnE、nB(x)

與

QB

令基區(qū)多子電流密度為零，解出基區(qū)內(nèi)建電場

E

最后求出

3.3.1基區(qū)內(nèi)建電場的形成NB(x)NB(WB)NB(0)WB0x

在實際的緩變基區(qū)晶體管中，的值為

4~8。

設(shè)基區(qū)雜質(zhì)濃度分布為式中

是表征基區(qū)內(nèi)雜質(zhì)變化程度的一個參數(shù)，

當(dāng)時為均勻基區(qū)；

因為，，所以內(nèi)建電場對渡越基區(qū)的電子起加速作用，是

加速場。

令基區(qū)多子電流密度為零，解得

內(nèi)建電場

為

小注入時，，上式成為

將基區(qū)內(nèi)建電場

E

代入電子電流密度方程，可得注入基區(qū)的少子形成的電流密度（參考方向為從右向左）為

3.3.2基區(qū)少子電流密度與基區(qū)少子濃度分布

上式實際上也可用于均勻基區(qū)晶體管。對于均勻基區(qū)晶體管，NB

為常數(shù)，這時

下面求基區(qū)少子濃度分布

nB(x)。

在前面的積分中將下限由0改為基區(qū)中任意位置x，得由上式可解出nB(x)

為

對于均勻基區(qū)，

對于緩變基區(qū)晶體管，當(dāng)較大時，上式可簡化為3.3.3基區(qū)渡越時間與輸運系數(shù)將

Dn

寫為

DB

，上式可同時適用于

PNP

管和

NPN

管。

對于均勻基區(qū)晶體管，

可見，內(nèi)建電場的存在使少子的基區(qū)渡越時間大為減小。

利用上面得到的基區(qū)渡越時間

b

，可得緩變基區(qū)晶體管的基區(qū)輸運系數(shù)

為

3.3.4注入效率與電流放大系數(shù)

對于

NPN

晶體管，注入效率為

上式中，已知

根據(jù)非均勻材料方塊電阻表達式，緩變基區(qū)的方塊電阻為于是

JnE

可表示為（3-43a）

類似地，可得從基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的空穴形成的電流密度為上式中，（3-43a）（3-43b）

于是可得緩變基區(qū)晶體管的注入效率

以及緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)

3.3.5小電流時電流放大系數(shù)的下降

實測表明，

與發(fā)射極電流

IE

有如下所示的關(guān)系

小電流時

下降的原因：當(dāng)發(fā)射結(jié)正向電流很小時，發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)

復(fù)合電流密度

JrE

的比例將增大，使注入效率下降。

當(dāng)電流很小時，相應(yīng)的

VBE也很小，這時很大，使γ減小，從而使

下降。上式中，

當(dāng)不忽略

JrE

時，注入效率為

隨著電流增大，減小，當(dāng)?shù)圆粦?yīng)被忽略時，

當(dāng)電流繼續(xù)增大到與相比可以被忽略時，

當(dāng)電流很大時，

又會開始下降，這是由于大注入效應(yīng)和基區(qū)擴展效應(yīng)引起的。

3.3.6發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響

發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)：當(dāng)發(fā)射區(qū)摻雜濃度

NE

太高時，不但不能提高注入效率γ，反而會使其下降，從而使

和β下降。

原因：發(fā)射區(qū)禁帶寬度變窄

與

發(fā)射區(qū)俄歇復(fù)合增強

。

1、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)

對于室溫下的硅，(1)發(fā)射區(qū)禁帶變窄

發(fā)射區(qū)禁帶變窄后，會使其本征載流子濃度

ni

變大，NE

增大而下降，從而導(dǎo)致

與β的下降。增大而先增大。但當(dāng)

NE

超過(1~5)×1019cm-3

后，γ反而隨

隨著NE

的增大，減小，增大，γ隨

NE(2)發(fā)射區(qū)俄歇復(fù)合增強

2、基區(qū)陷落效應(yīng)當(dāng)發(fā)射區(qū)的磷摻雜濃度很高時，會使發(fā)射區(qū)下方的集電結(jié)結(jié)面向下擴展，這個現(xiàn)象稱為

基區(qū)陷落效應(yīng)。

由于基區(qū)陷落效應(yīng)，使得結(jié)深不易控制，難以將基區(qū)寬度做得很薄。

為了避免基區(qū)陷落效應(yīng)，目前微波晶體管的發(fā)射區(qū)摻雜多采用砷來代替磷。

3.3.7異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）

式中，，當(dāng)時，，則

若選擇不同的材料來制作發(fā)射區(qū)與基區(qū)，使兩區(qū)具有不同的禁帶寬度，則

常見的

HBT

結(jié)構(gòu)是用

GaAs

做基區(qū)，AlxGa1-xAs

做發(fā)射區(qū)。另一種

HBT

結(jié)構(gòu)是用

SiGe

做基區(qū)，Si

做發(fā)射區(qū)。

HBT

能提高注入效率，使β

得到幾個數(shù)量級的提高?；蛘咴诓唤档妥⑷胄实那闆r下

，大幅度提高基區(qū)摻雜濃度

，從