1、微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性1信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 姜梅姜梅微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性目錄23 晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理 晶體管的電流放大特性晶體管的電流放大特性 晶體管的直流特性曲線(xiàn)晶體管的直流特性曲線(xiàn) 晶體管的頻率特性晶體管的頻率特性晶體管的開(kāi)關(guān)特性晶體管的開(kāi)關(guān)特性2145微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶體管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管的基本結(jié)構(gòu) 晶體管就有兩種基本組合形式：晶體管就有兩種基本組合形式：P-N-P型或型或N-P-N型，它們的結(jié)型，它們的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示，其符號(hào)中的箭

2、頭方向表示發(fā)射結(jié)電流的方向。構(gòu)和符號(hào)如圖所示，其符號(hào)中的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)電流的方向。 （a）管芯結(jié)構(gòu)）管芯結(jié)構(gòu) （b）符號(hào)）符號(hào) 晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 晶體管的制備與雜質(zhì)分布晶體管的制備與雜質(zhì)分布1. 合金晶體管 PNP型合金管結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布如圖所示 合金晶體管的雜質(zhì)分布特點(diǎn)：三個(gè)區(qū)的雜質(zhì)分布都是均勻分布，基區(qū)的雜質(zhì)濃度最低，其發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均是突變結(jié)。 （a）管芯結(jié)構(gòu)）管芯結(jié)構(gòu) （b）雜質(zhì)分布）雜質(zhì)分布 鍺合金晶體管的結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分鍺合金晶體管的結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布布 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 晶體管的制備與雜質(zhì)分布晶體

3、管的制備與雜質(zhì)分布2. 平面晶體管 平面晶體管結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布如圖所示 平面工藝最主要的特點(diǎn)是：利用SiO2穩(wěn)定的化學(xué)性能，能耐高溫，具有掩蔽雜質(zhì)原子擴(kuò)散和良好的絕緣性能，與光刻技術(shù)相配合，可進(jìn)行選擇擴(kuò)散，這樣使平面晶體管具有更為合理的電極形狀，薄的基區(qū)，鈍化的表面，因此在功率、噪聲、穩(wěn)定性、可靠性等方面達(dá)到一個(gè)較高的水平。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 晶體管的制備與雜質(zhì)分布晶體管的制備與雜質(zhì)分布3. 外延平面晶體管 在平面晶體管制造工藝的基礎(chǔ)上又發(fā)展了一種外延平面晶體管。其結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)分布如圖所示 由圖可見(jiàn)，雙擴(kuò)散外延平面晶體管的基片電阻率很低，集電極串聯(lián)電阻很小，使集電極飽和壓

4、降減小，晶體管可做得很小，基區(qū)寬度Wb很薄，從而使外延平面晶體管在頻率特性、開(kāi)關(guān)速度和功率等方面都有很大的提高與改善，因此，成為目前生產(chǎn)最主要的一種晶體管。 （a）管芯結(jié)構(gòu)）管芯結(jié)構(gòu) （b）雜質(zhì)分布）雜質(zhì)分布 硅外延平面管結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布示意圖硅外延平面管結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 晶體管的工作原理晶體管的工作原理 晶體管最重要的作用是具有放大電信號(hào)的能力。為什么緊靠著的兩個(gè)PN結(jié)具有放大作用？要晶體管具有放大作用首先要有適當(dāng)?shù)碾娐贰?微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的工作原理晶體管的工作原理晶體管的放大能力晶體管的放大能力基區(qū)厚度很大的基區(qū)

5、厚度很大的NPN結(jié)構(gòu)的電流流通與少子分布示意圖結(jié)構(gòu)的電流流通與少子分布示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的放大能力晶體管的放大能力具有放大作用的晶體管在結(jié)構(gòu)上需要滿(mǎn)足什么條件呢？具有放大作用的晶體管在結(jié)構(gòu)上需要滿(mǎn)足什么條件呢？ 具有具有NPN或或PNP三層結(jié)構(gòu)；三層結(jié)構(gòu)； 基區(qū)寬度非常薄，薄的程度遠(yuǎn)小于非基區(qū)寬度非常薄，薄的程度遠(yuǎn)小于非平衡少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度；平衡少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度； 發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度。發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的放大能力晶體管的放大能力 表1給出了型號(hào)為3DG6晶體管（硅高頻小功率管

6、），在集電結(jié)UCC=6V條件下測(cè)量所得的實(shí)際數(shù)據(jù)。晶體管的電壓放大系數(shù)為：晶體管的功率放大應(yīng)等于它的電流放大系數(shù)與電壓放大系數(shù)的乘積， 表表1 晶體管各電極電流分配表晶體管各電極電流分配表發(fā)射極電流發(fā)射極電流IE（mA)12345集電極電流集電極電流IC（mA)0.981.962.943.924.90基極電流基極電流IB（mA)0.020.040.060.080.10rRUUKUL入出2LrRKP微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性113.2 晶體管的電流放大特性晶體管的電流放大特性 幾點(diǎn)假設(shè): n 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為理想的突變結(jié)，且結(jié)面積相等（用A表示）；n 各區(qū)雜質(zhì)為均勻分布，載流子

7、僅做一維傳輸，不考慮表面的影響；n 外加電壓全部降落在PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)，勢(shì)壘區(qū)以外不存在電場(chǎng)；n 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，且不存在載流子的產(chǎn)生與復(fù)合，因而通過(guò)勢(shì)壘區(qū)的電流不變；n 發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的寬度遠(yuǎn)大于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，而基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度；n 注入基區(qū)的少子濃度比基區(qū)多子濃度低得多，只討論小注入情況。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的能帶、濃度分布及載流子的傳輸晶體管的能帶、濃度分布及載流子的傳輸 3. 載流子的輸運(yùn)過(guò)程 （a）少子分布示意圖 （b）載流子輸運(yùn)過(guò)程示意圖 晶體管中載流子分布及其輸運(yùn)過(guò)程示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性

8、 3. 載流子的輸運(yùn)過(guò)程 （1）根據(jù)正向PN結(jié)特性，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)靠發(fā)射結(jié)邊界X2處的電子濃度為 由基區(qū)注入發(fā)射區(qū)靠發(fā)射結(jié)邊界X1處的空穴濃度為 （2） 根據(jù)反向PN結(jié)特性，集電結(jié)兩邊界X3和X4處的少子濃度分別為 kTqUbbEenXn/02)(kTqUeeEepXp/01)(0)(/0/03kTqUbkTqUbbCCenenXn0)(/0/04kTqUckTqUccCCepepXp微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性14晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成 1. 晶體管內(nèi)的電流傳輸 NPN型晶體管電流傳輸示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特

9、性15 2. 晶體管各端電流的形成 （1） 發(fā)射極電流IE 從上面的分析與討論可知，發(fā)射極的正向電流IE是由兩股電流組成的： IE=Ip(X1)+ In(X2) （3-8） （2） 基極電流IB 基極電流IB是由三部分組成的： IB= Ip(X1)+ IVB-ICBO （3-9）由于通常情況下ICBO要比Ip(X1)和IVB小很多，所以(3-9)式可近似表示為 IB Ip(X1)+ IVB （3-10） （3） 集電極電流IC 通過(guò)集電結(jié)和集電區(qū)的電流主要有兩股組成： IC= In(X4)+ ICBO （3-11） 因?yàn)镮CBO很小，（3-11）式可近似表示為 IC=In(X4) （3-12）

10、 晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性16 2. 晶體管各端電流的形成 （4） 晶體管三端電流之間的關(guān)系 由上面的分析可以得出In(X2)= IVB + In(X3)= IVB+ In(X4) （3-13）將（3-13）式代入（3-8）式，得IE= Ip(X1)+IVB+In(X4) （3-14）將（3-9）式與（3-11）式相加，可得IB+ IC= Ip(X1)+IVB-ICBO+In(X4)+ICBO= Ip(X1)+IVB+In(X4) （3-15）將（3-15）式代入（3-14）式，得 IE=IB+ IC （3

11、-16） 晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成晶體管內(nèi)的電流傳輸與各端電流的形成 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性173.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 1. In(X2)的表達(dá)式 In(X2)是注入基區(qū)的電子所形成的擴(kuò)散電流，根據(jù)擴(kuò)散電流公式有 基區(qū)電子可近似看成線(xiàn)性分布 基區(qū)少子分布示意圖 dxxdnAqDXIbnbn)()(2微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性18根據(jù)PN結(jié)理論，基區(qū)X2和X3處的電子濃度分別為 基區(qū)電子分布函數(shù)為 那么基區(qū)電子的擴(kuò)散電流In(X2)則為 可求出In(X2)近似為 kTqUbbEenXn/02)(0)(3XnbkT/

12、qUbbbEe )Wx(n)x(n10kTqUbbnbbnbnEeWnqDAdxxdnAqDXI/02)()(）（1)()(/02kTqUbbnbbnbnEeWnqDAdxxdnAqDXI3.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性193.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 2. Ip(X1)表達(dá)式 Ip(X1)是在發(fā)射結(jié)正偏情況下由基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的空穴擴(kuò)散電流。根據(jù)正向PN結(jié)特性，邊界X1處的少子空穴濃度為 空穴擴(kuò)散電流為 kTqUeX/0e1eEp)(p）（1Lp)(/pe0epe1pEkTqUeqDAXI微電子

13、學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性20 3. IVB表達(dá)式 IVB是注入基區(qū)的電子與基區(qū)中的空穴復(fù)合而形成的復(fù)合電流。 IVB=-q單位時(shí)間內(nèi)在基區(qū)中復(fù)合的電子數(shù) 在只考慮體內(nèi)復(fù)合的情況下 nbVBqI基區(qū)中積累的電子總數(shù)）（1nW21nxnAW21Eb0bb02bbkT/qUeA)(）（12nAW/nb0bbVBEkTqUeqI3.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性213.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 4. ICBO的表達(dá)式 ICBO由電子漂移電流和空穴漂移電流IpCB兩部分組成，即ICBO=InCB

14、+IpCB 若晶體管工作在放大區(qū)，且有 時(shí)， ）（1WnDACb0bnbnCBkT/qUeqI）（1LpDACpc0cpcpCBkT/qUeqI）（1AA/P0cpcb0bnbpCBnCBCBOCkTqUceLpqDWnqDIIIqTUCcLpqDWnqDIP0cpcb0bnbCBOAA微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性223.2. 3 晶體管的直流電流方程式晶體管的直流電流方程式 5. IE、IC、IB直流電流方程式 因?yàn)镮E由Ip(x1)和In(x2)組成，所以 因?yàn)镮C= In(x4)+ ICBO= In(x2)- IVB + ICBO，所以 因?yàn)镮B= Ip(x1)+ IVB

15、- ICBO，所以 ）（1AA)()(/b0bnbpe0epe2n1pEEkTqUeWnqDLpqDXIXII）（）（1AA12AA/P0cpcb0bnb/nb0bbb0bnbCCEkTqUckTqUeLpqDWnqDenWqWnqDI）（）（1AA12AA/Pc0cpcb0bnb/nb0bbpe0epeBCEkTqUkTqUeLpqDWnqDenWqLpqDI微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性233.2. 4 晶體管的直流電流放大系數(shù)晶體管的直流電流放大系數(shù) 1. 共基極直流電流放大系數(shù) 在共基極電路中，基極作為輸入和輸出的公共端，共基極連接方式如下圖所示。NPN型晶體管的共基極連接

16、 ECII0微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性243.2. 4 晶體管的直流電流放大系數(shù)晶體管的直流電流放大系數(shù) 2. 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 在共發(fā)射極電路中發(fā)射極作為輸入和輸出的公共端，其連接方式如圖所示。 NPN型晶體管的共發(fā)射極連接 BCII0微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性253.2. 4 晶體管的直流電流放大系數(shù)晶體管的直流電流放大系數(shù) 3. 共集電極直流電流放大系數(shù) 共集電極電流放大系數(shù) 4.0與0的關(guān)系 0和0的關(guān)系曲線(xiàn) 10BBCBEIIIII00CECBC01IIIII微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性263.3 晶體管的直流特性曲線(xiàn)晶體管的直流

17、特性曲線(xiàn) 共基極連接直流特性曲線(xiàn)共基極連接直流特性曲線(xiàn)下圖為測(cè)量晶體管共基極直流特性曲線(xiàn)的原理圖。圖中下圖為測(cè)量晶體管共基極直流特性曲線(xiàn)的原理圖。圖中UEB為發(fā)為發(fā)射極和基極之間的電壓降，射極和基極之間的電壓降，UCB為集電極和基極之間的電壓降，為集電極和基極之間的電壓降，RE為發(fā)射極串聯(lián)電阻，可控制為發(fā)射極串聯(lián)電阻，可控制UEB或或IE。 共基極直流特性曲線(xiàn)測(cè)量原理電路圖共基極直流特性曲線(xiàn)測(cè)量原理電路圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性27共基極連接直流特性曲線(xiàn)共基極連接直流特性曲線(xiàn) 共基極直流輸入特性曲線(xiàn)共基極直流輸入特性曲線(xiàn) 對(duì)于一個(gè)給定的對(duì)于一個(gè)給定的UCB，改變，改變UEB

18、，測(cè)量，測(cè)量IE，可以測(cè)得一條，可以測(cè)得一條IE與與UEB的關(guān)系的關(guān)系曲線(xiàn)，對(duì)于不同的曲線(xiàn)，對(duì)于不同的UCB值，改變值，改變UEB測(cè)量測(cè)量IE，可測(cè)得一組，可測(cè)得一組IE與與UEB的關(guān)系的關(guān)系曲線(xiàn)曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為共基極直流輸入特性曲線(xiàn)共基極直流輸入特性曲線(xiàn)，如圖（，如圖（a）所示。）所示。 共基極直流特性曲線(xiàn)共基極直流特性曲線(xiàn) （a）輸入特性曲線(xiàn)）輸入特性曲線(xiàn) 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性28由前所知由前所知 IE=Jp(X1)+ Jn(X2) AE式中式中Jp(X1)為空穴擴(kuò)散電流密度；為空穴擴(kuò)散電流密度；Jn(X2)為電子擴(kuò)散電為電子擴(kuò)散電流密度；流密度；AE

19、為發(fā)射結(jié)面積。為發(fā)射結(jié)面積。Jp(X1)和和Jn(X2)都隨正向壓都隨正向壓降增大而呈指數(shù)增大，因此降增大而呈指數(shù)增大，因此IE也必然與也必然與UEB呈指數(shù)規(guī)律增呈指數(shù)規(guī)律增大。大。在同樣的在同樣的UEB下，下，IE隨著隨著UCB的增大而增大，表現(xiàn)為曲線(xiàn)的增大而增大，表現(xiàn)為曲線(xiàn)左移左移。這是因?yàn)榧娊Y(jié)空間電荷區(qū)的寬度隨著。這是因?yàn)榧娊Y(jié)空間電荷區(qū)的寬度隨著UCB的增大的增大而展寬，結(jié)果引起了而展寬，結(jié)果引起了有效基區(qū)寬度的減小有效基區(qū)寬度的減?。ㄓ行Щ鶇^(qū)寬（有效基區(qū)寬度隨著度隨著UCB的增大或減小而減小或增大的現(xiàn)象，就是上面的增大或減小而減小或增大的現(xiàn)象，就是上面所討論過(guò)的基區(qū)寬變效應(yīng)），使得

20、在同樣的所討論過(guò)的基區(qū)寬變效應(yīng)），使得在同樣的UEB下，發(fā)射下，發(fā)射區(qū)區(qū)注入基區(qū)的少子濃度梯度增加，流速加快，注入基區(qū)的少子濃度梯度增加，流速加快，IE增大增大。 共基極連接直流特性曲線(xiàn)共基極連接直流特性曲線(xiàn)微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性29共基極連接直流特性曲線(xiàn)共基極連接直流特性曲線(xiàn)2. 共基極直流輸出特性曲線(xiàn)共基極直流輸出特性曲線(xiàn)對(duì)于一個(gè)給定的對(duì)于一個(gè)給定的IE，改變，改變UCB，測(cè)量，測(cè)量IC，可得到一條，可得到一條IC-UCB之間的之間的關(guān)系曲線(xiàn)。對(duì)于固定的不同的關(guān)系曲線(xiàn)。對(duì)于固定的不同的IE，改變，改變UCB，測(cè)量，測(cè)量IC，可得到一組，可得到一組不同的不同的IC-UCB

21、的曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為的曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為共基極直流輸出特性曲線(xiàn)共基極直流輸出特性曲線(xiàn)，如圖（如圖（b）所示）所示。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性30共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)下圖為晶體管共發(fā)射極直流輸出特性曲線(xiàn)的測(cè)試原理電路圖。圖中下圖為晶體管共發(fā)射極直流輸出特性曲線(xiàn)的測(cè)試原理電路圖。圖中UBE為基極與發(fā)射極間壓降；為基極與發(fā)射極間壓降；UCE為集電極與發(fā)射極間壓降；為集電極與發(fā)射極間壓降；RB為為基極串聯(lián)電阻，可控制基極串聯(lián)電阻，可控制UBE或或IB。測(cè)量測(cè)量共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn)原理電路圖共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn)原理電路圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理

22、與特性31共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)1. 共發(fā)射極直流輸入特性曲線(xiàn)共發(fā)射極直流輸入特性曲線(xiàn)對(duì)于對(duì)于固定的不同的固定的不同的UCE，改變，改變UBE，測(cè)量，測(cè)量IB，可以得出一組，可以得出一組IB與與UBE的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為共發(fā)射極直流輸入特性曲線(xiàn)共發(fā)射極直流輸入特性曲線(xiàn)，如圖（如圖（a）所示。）所示。 共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn)共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn) （a）輸入特性曲線(xiàn)）輸入特性曲線(xiàn) 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性322. 共發(fā)射極直流輸出特性曲線(xiàn)共發(fā)射極直流輸出特性曲線(xiàn)對(duì)于固定的不同的對(duì)于固定的不同的IB，改變，改變UCE，測(cè)量，測(cè)量I

23、C，可得出一組，可得出一組IC與與UCE的關(guān)系的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為曲線(xiàn)，稱(chēng)這組曲線(xiàn)為共發(fā)射極的輸出特性曲線(xiàn)共發(fā)射極的輸出特性曲線(xiàn)，如圖（，如圖（b）所示。）所示。 共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn)（共發(fā)射極直流特性曲線(xiàn)（b）輸出特性曲線(xiàn)）輸出特性曲線(xiàn) 共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)共發(fā)射極連接直流特性曲線(xiàn)微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性33比較共基極與共發(fā)射極兩種輸出特性曲線(xiàn)比較共基極與共發(fā)射極兩種輸出特性曲線(xiàn)，可以看到，可以看到兩者的共同之處是兩者的共同之處是：當(dāng)：當(dāng)輸入電流一定是，兩種特性曲線(xiàn)的輸出電流都不隨輸出電壓的增加而變化，輸入電流一定是，兩種特性曲線(xiàn)的輸出電流都不隨輸出電壓的增加而變化

24、，只有當(dāng)輸入電流改變了輸出電流才會(huì)跟著變化。只有當(dāng)輸入電流改變了輸出電流才會(huì)跟著變化。然而兩種輸出特性曲線(xiàn)之間也存在許多然而兩種輸出特性曲線(xiàn)之間也存在許多不同的地方不同的地方。首先首先，共發(fā)射極電路的電流放大系數(shù)要比共基極的大得多。，共發(fā)射極電路的電流放大系數(shù)要比共基極的大得多。其次其次，共基極電路的輸出阻抗比共發(fā)射極電路大。，共基極電路的輸出阻抗比共發(fā)射極電路大。 另外，另外， UCE的減小對(duì)輸出電流的影響有所不同。實(shí)際上，共基極與共發(fā)射極的減小對(duì)輸出電流的影響有所不同。實(shí)際上，共基極與共發(fā)射極特性曲線(xiàn)在輸出電壓減小時(shí)的下降所反映的是同一個(gè)物理過(guò)程，只不過(guò)共基特性曲線(xiàn)在輸出電壓減小時(shí)的下降所

25、反映的是同一個(gè)物理過(guò)程，只不過(guò)共基極電路的輸出電壓就是極電路的輸出電壓就是UCB，才使得其特性曲線(xiàn)的下降發(fā)生在輸出電壓更小，才使得其特性曲線(xiàn)的下降發(fā)生在輸出電壓更?。ㄘ?fù)值時(shí)）的區(qū)域。（負(fù)值時(shí)）的區(qū)域。 共基極與共發(fā)射極輸出特性曲線(xiàn)的比較共基極與共發(fā)射極輸出特性曲線(xiàn)的比較微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性343.4 晶體管的頻率特性晶體管的頻率特性 晶體管交流電流放大系數(shù)晶體管交流電流放大系數(shù)（a）電壓偏置）電壓偏置 （b）電流電流ic小信號(hào)意指交流電壓和電流的峰值小信號(hào)意指交流電壓和電流的峰值小于直流的電壓、電流值小于直流的電壓、電流值。當(dāng)一個(gè)。當(dāng)一個(gè)小信號(hào)附加在輸入電壓上時(shí)，基極小信

26、號(hào)附加在輸入電壓上時(shí)，基極電流電流ib將會(huì)隨時(shí)間變化而成為一個(gè)將會(huì)隨時(shí)間變化而成為一個(gè)時(shí)間函數(shù)，基極電流的變化使得輸時(shí)間函數(shù)，基極電流的變化使得輸出電流出電流ic跟隨變化，最終實(shí)現(xiàn)輸入跟隨變化，最終實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的放大。信號(hào)的放大。所謂晶體管的交流頻率特性是指一個(gè)所謂晶體管的交流頻率特性是指一個(gè)小交流信號(hào)重疊在一個(gè)直流信號(hào)基礎(chǔ)小交流信號(hào)重疊在一個(gè)直流信號(hào)基礎(chǔ)的情況的情況，如圖所示，交流信號(hào)為正弦。，如圖所示，交流信號(hào)為正弦。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性35 晶體管交流電流放大系數(shù)晶體管交流電流放大系數(shù) 共基極交流放大系數(shù)共基極交流放大系數(shù)共基極交流放大系數(shù)定義為：在共基極運(yùn)用時(shí)，

27、集電極（輸出端）交流短路，集電極的輸出交流小信號(hào)電流ic與發(fā)射極的輸入交流小信號(hào)電流ie之比（用小寫(xiě)字母代表小信號(hào)交流電流），即ceiia=在低頻下，電流放大與工作頻率無(wú)關(guān)。但在頻率較高下，考慮到相位關(guān)系，為復(fù)數(shù)，通常所說(shuō)的的大小是指它的模值 。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 晶體管交流電流放大系數(shù)晶體管交流電流放大系數(shù)2共發(fā)射極交流放大系數(shù)共發(fā)射極交流放大系數(shù)共發(fā)射極交流放大系數(shù)定義為：在共發(fā)射極運(yùn)用時(shí)，集電極（輸出端）交流短路，集電極的輸出交流小信號(hào)電流ic與基極的輸入交流小信號(hào)電流ib之比，即同樣，也是復(fù)數(shù)。在交流小信號(hào)工作條件下，晶體管端電流與之間仍有如下關(guān)系式ie=ic+

28、ib bcii-1微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性37電流增益也常用分貝（電流增益也常用分貝（dB）表示，即）表示，即(dB)=20lg (dB)=20lg 由于由于與與是在集電極交流短路的條件下定義的，因此也是在集電極交流短路的條件下定義的，因此也稱(chēng)為稱(chēng)為交流短路電流增益交流短路電流增益。 晶體管交流電流放大系數(shù)晶體管交流電流放大系數(shù)微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性38 晶體管頻率特性參數(shù)晶體管頻率特性參數(shù)隨著晶體管工作頻率的增高，晶體管的電學(xué)性能會(huì)發(fā)生很大變化，主要表現(xiàn)為電流增益和功率增益的下降。下圖示出典型的電流增益隨頻率變化關(guān)系的簡(jiǎn)圖，其中縱坐標(biāo)是以分貝表示電流放大

29、系數(shù)。 電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性39 晶體管頻率特性參數(shù)晶體管頻率特性參數(shù)從晶體管的頻率響應(yīng)特性定義以下幾個(gè)參數(shù)，用于描述其高頻性能。 1.截止頻率截止頻率ff定義為共基極短路電流放大系數(shù)下降到低頻 的所對(duì)應(yīng)的頻率，即 時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，此時(shí)的分貝值比 下降3dB，f反映了共基極運(yùn)用的頻率限制。0a0a 2. 截止頻率截止頻率f f定義為共發(fā)射極電流放大系數(shù)下降到低頻0的時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率?；蛘哒f(shuō)，f為比0下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。20微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性40 晶體管頻率特性參數(shù)晶體管頻率特性參數(shù)3. 特征頻率

30、特征頻率fT 在共發(fā)射極運(yùn)用時(shí)，截止頻率f還不能完全反映晶體管使用頻率的上限，也就是說(shuō)當(dāng)工作頻率等于f時(shí)，值還可能相當(dāng)大。為了更好地表示共發(fā)射極運(yùn)用晶體管具有電流放大作用的最高頻率限制，引進(jìn)了特征頻率fT的概念。特征頻率特征頻率fT定義為共發(fā)射極電流放大系數(shù)定義為共發(fā)射極電流放大系數(shù) =1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。 顯然，當(dāng)工作頻率等于顯然，當(dāng)工作頻率等于fT時(shí)，晶體管不再具有電流放大時(shí)，晶體管不再具有電流放大作用，由此說(shuō)明作用，由此說(shuō)明特征頻率特征頻率fT是判斷晶體管是否能起電流是判斷晶體管是否能起電流放大作用的一個(gè)重要依據(jù)放大作用的一個(gè)重要依據(jù)，也是晶體管電路設(shè)計(jì)的一個(gè)，也是晶體管電

31、路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。重要參數(shù)。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性41 晶體管頻率特性參數(shù)晶體管頻率特性參數(shù)4. 最高振蕩頻率最高振蕩頻率fMfT還不是晶體管工作頻率的最終限制。為此，再引入一個(gè)最高振蕩頻率fM的概念。最高振蕩頻率fM定義為共發(fā)射極運(yùn)用時(shí)，功率增益等于1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率?？梢?jiàn)fM是晶體管工作頻率的最終限制，此時(shí)晶體管的輸出功率等于輸入功率。 fM不僅表示晶體管具有功率放大作用的頻率極限，也是不僅表示晶體管具有功率放大作用的頻率極限，也是晶體管使用頻率的最高上限，若工作頻率超過(guò)晶體管使用頻率的最高上限，若工作頻率超過(guò)fM，晶體，晶體管失去任何放大作用。管失去任何放大作用。微

32、電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性42交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因首先給出高頻時(shí)輸出電流首先給出高頻時(shí)輸出電流ic幅度變化和相移示意圖，如圖所幅度變化和相移示意圖，如圖所示，以作為頻率對(duì)晶體管交流電流放大影響的感性認(rèn)識(shí)。示，以作為頻率對(duì)晶體管交流電流放大影響的感性認(rèn)識(shí)。高頻下輸出電流幅度變化和相移示意圖高頻下輸出電流幅度變化和相移示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性43交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因2. 交流小信號(hào)電流的傳輸過(guò)程交流小信號(hào)電流的傳輸過(guò)程以NPN晶體管為例分為四個(gè)階段闡述交流

33、電流的傳輸過(guò)程，如圖所示。并且引入新的中間參量來(lái)描述每個(gè)傳輸過(guò)程的效率。晶體管交流小信號(hào)電流傳輸示意圖晶體管交流小信號(hào)電流傳輸示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性44發(fā)射極交流小信號(hào)電流由三部分組成，即發(fā)射極交流小信號(hào)電流由三部分組成，即11()()enpCTeiiXiXi=+式中的式中的iCTe為發(fā)射結(jié)結(jié)電容分流電流為發(fā)射結(jié)結(jié)電容分流電流。由此可得出。由此可得出交流發(fā)射交流發(fā)射效率效率的表達(dá)式為的表達(dá)式為11()()1pnCTeeeeiXiXiiiig= =-顯然，信號(hào)頻率越高，結(jié)電容分流電流顯然，信號(hào)頻率越高，結(jié)電容分流電流iCTe越大，交流發(fā)射越大，交流發(fā)射效率越低效率越低

34、。此外，。此外，由于對(duì)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電需要一定由于對(duì)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電需要一定的時(shí)間，因而使電流在發(fā)射過(guò)程產(chǎn)生延遲的時(shí)間，因而使電流在發(fā)射過(guò)程產(chǎn)生延遲。交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因(1)發(fā)射階段發(fā)射階段微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性45交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因（2）基區(qū)輸運(yùn)階段）基區(qū)輸運(yùn)階段以以iCDe表示擴(kuò)散電容分流電流表示擴(kuò)散電容分流電流，in(X3)表示輸運(yùn)到基區(qū)集電表示輸運(yùn)到基區(qū)集電結(jié)邊界的電子電流結(jié)邊界的電子電流，則注入到基區(qū)的電子電流，則注入到基區(qū)的電子電流 in(X2)=

35、 in(X3)+ iVB+iCDe 交流情況下基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)交流情況下基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)可定義為可定義為*3233()1()()()nVBCDennniXiIiXiXiXb=-因此，頻率越高分流電流因此，頻率越高分流電流iCDe越大，到達(dá)集電結(jié)的有用電越大，到達(dá)集電結(jié)的有用電子子in(X3)越小，基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)越小。同樣，對(duì)越小，基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)越小。同樣，對(duì)CCDe的充放的充放電時(shí)間也對(duì)信號(hào)產(chǎn)生一定延遲。電時(shí)間也對(duì)信號(hào)產(chǎn)生一定延遲。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性46交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因交流電流放大系數(shù)隨頻率變化的物理原因（3）集電極勢(shì)壘渡越階段）集電極勢(shì)壘渡越階段為了描述到達(dá)為

36、了描述到達(dá)X4邊界邊界in(X4)的減小，引入的減小，引入集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)輸運(yùn)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)輸運(yùn)系數(shù)系數(shù)d，它定義為流出與流入集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的電子電流之比，它定義為流出與流入集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的電子電流之比，即即43()()ndniXiXb=（4） 通過(guò)集電區(qū)階段通過(guò)集電區(qū)階段 最終到達(dá)集電極的電子電流大小為最終到達(dá)集電極的電子電流大小為為了描述該過(guò)程電流的損失，引入為了描述該過(guò)程電流的損失，引入集電區(qū)衰減因子集電區(qū)衰減因子這一概這一概念，其表達(dá)式為念，其表達(dá)式為41()ccCTccncCTcciiiiXiiia=-+微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性47綜上所述，與直流電流傳輸情況相比，在交流小信

37、號(hào)電綜上所述，與直流電流傳輸情況相比，在交流小信號(hào)電流的傳輸過(guò)程中，增加了四個(gè)信號(hào)電流損失途徑流的傳輸過(guò)程中，增加了四個(gè)信號(hào)電流損失途徑： 發(fā)射結(jié)發(fā)射過(guò)程中的勢(shì)壘電容充放電電流；發(fā)射結(jié)發(fā)射過(guò)程中的勢(shì)壘電容充放電電流； 基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中擴(kuò)散電容的充放電電流；基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中擴(kuò)散電容的充放電電流； 集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程中的衰減；集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程中的衰減； 集電區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電電流。集電區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電電流。上述四個(gè)分流電流均隨著信號(hào)頻率的升高而增加，使輸運(yùn)上述四個(gè)分流電流均隨著信號(hào)頻率的升高而增加，使輸運(yùn)到集電極電流到集電極電流ic減小和電流增益下降；同時(shí)對(duì)

38、電容的充放電減小和電流增益下降；同時(shí)對(duì)電容的充放電均需要一定的時(shí)間，使信號(hào)產(chǎn)生延遲，導(dǎo)致輸入信號(hào)與輸均需要一定的時(shí)間，使信號(hào)產(chǎn)生延遲，導(dǎo)致輸入信號(hào)與輸出信號(hào)存在相位差。出信號(hào)存在相位差。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管高頻等效電路晶體管高頻等效電路1. 發(fā)射結(jié)和發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)和發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)正向偏壓的改變會(huì)引起三個(gè)結(jié)果：引起發(fā)射結(jié)空發(fā)射結(jié)正向偏壓的改變會(huì)引起三個(gè)結(jié)果：引起發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)空間電荷量的變化，這一變化可用間電荷區(qū)空間電荷量的變化，這一變化可用發(fā)射結(jié)勢(shì)壘發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容電容CTe來(lái)等效；引起了發(fā)射極電流的變化，這一變化來(lái)等效；引起了發(fā)射極電流的變化，這一變化的大小可以用發(fā)射

39、結(jié)動(dòng)態(tài)電阻的大小可以用發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)電阻re來(lái)等效；引起了基區(qū)、來(lái)等效；引起了基區(qū)、發(fā)射區(qū)貯存電荷的變化，這一變化可用發(fā)射區(qū)貯存電荷的變化，這一變化可用發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容CDe來(lái)等效。來(lái)等效。發(fā)射結(jié)的作用可以用發(fā)射結(jié)的作用可以用re、CTe、CDe的并聯(lián)來(lái)等效，如下圖的并聯(lián)來(lái)等效，如下圖所示。所示。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性 發(fā)射結(jié)和發(fā)射區(qū)的等效電路發(fā)射結(jié)和發(fā)射區(qū)的等效電路微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性2. 集電結(jié)和集電區(qū)集電結(jié)和集電區(qū)與發(fā)射結(jié)同樣，可用與發(fā)射結(jié)同樣，可用集電結(jié)勢(shì)壘電容集電結(jié)勢(shì)壘電容CTc、擴(kuò)散電容、擴(kuò)散電容CDc和動(dòng)態(tài)電阻和動(dòng)態(tài)電阻rc來(lái)描

40、述，并且集電結(jié)可用三者并聯(lián)來(lái)描述，并且集電結(jié)可用三者并聯(lián)來(lái)等效，如圖所示。來(lái)等效，如圖所示。集電結(jié)和集電區(qū)的等效電路集電結(jié)和集電區(qū)的等效電路 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性3. 基區(qū)基區(qū) 基區(qū)貯存電荷的改變已經(jīng)由擴(kuò)散電容所描述。晶體管基區(qū)貯存電荷的改變已經(jīng)由擴(kuò)散電容所描述。晶體管的基極電流是一股平行于結(jié)平面方向流動(dòng)的多子電流，的基極電流是一股平行于結(jié)平面方向流動(dòng)的多子電流，它將在基區(qū)橫向產(chǎn)生電位降，基區(qū)的這一作用可用一個(gè)它將在基區(qū)橫向產(chǎn)生電位降，基區(qū)的這一作用可用一個(gè)電阻來(lái)等效，這一電阻來(lái)等效，這一等效電阻稱(chēng)為基極電阻，用等效電阻稱(chēng)為基極電阻，用rb表示。表示。 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第

41、2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性4. 晶體管共基極高頻等效電路晶體管共基極高頻等效電路通過(guò)上述分析，立即可得到晶體管共基極通過(guò)上述分析，立即可得到晶體管共基極“T”型等效電型等效電路。如果路。如果CTe、CDe并聯(lián)后的電容用并聯(lián)后的電容用Ce代表、代表、CTc、CDc并聯(lián)并聯(lián)后的電容用后的電容用Cc代表，則得到晶體管共基極高頻等效電路圖代表，則得到晶體管共基極高頻等效電路圖所示。所示。晶體管共基極高頻等效電路晶體管共基極高頻等效電路 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性5. 晶體管共發(fā)射極高頻等效電路晶體管共發(fā)射極高頻等效電路將共基極晶體管高頻將共基極晶體管高頻“T”型等效電路中的基極與發(fā)射極交

42、型等效電路中的基極與發(fā)射極交換，恒流源用換，恒流源用ib去代替去代替ie，就可得到，就可得到共發(fā)射極晶體管高頻共發(fā)射極晶體管高頻“T”型等效電路型等效電路，如圖所示。，如圖所示。在此需要說(shuō)明的是，與在此需要說(shuō)明的是，與*ib并聯(lián)的電阻縮小為原來(lái)的并聯(lián)的電阻縮小為原來(lái)的1/（1+），而電容則擴(kuò)大為原），而電容則擴(kuò)大為原來(lái)的（來(lái)的（1+）倍）倍。 晶體管共發(fā)射極高頻等效電路晶體管共發(fā)射極高頻等效電路 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性3.5晶體管的開(kāi)關(guān)特性晶體管的開(kāi)關(guān)特性 晶體管的開(kāi)關(guān)作用晶體管的開(kāi)關(guān)作用1. 從開(kāi)關(guān)電路論晶體管的開(kāi)關(guān)作用從開(kāi)關(guān)電路論晶體管的開(kāi)關(guān)作用晶體管開(kāi)關(guān)電路原理圖晶體

43、管開(kāi)關(guān)電路原理圖 晶體管開(kāi)關(guān)輸入和輸出波形晶體管開(kāi)關(guān)輸入和輸出波形 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性2. 從晶體管的輸出特性曲線(xiàn)論晶體管的開(kāi)關(guān)作用從晶體管的輸出特性曲線(xiàn)論晶體管的開(kāi)關(guān)作用 晶體管共發(fā)射極輸出特性曲線(xiàn)晶體管共發(fā)射極輸出特性曲線(xiàn) 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的開(kāi)關(guān)工作區(qū)域晶體管的開(kāi)關(guān)工作區(qū)域1. 飽和區(qū)飽和區(qū)的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)晶體管晶體管處于飽和區(qū)（開(kāi)態(tài)）處于飽和區(qū)（開(kāi)態(tài)）的主要特點(diǎn)是：的主要特點(diǎn)是： 發(fā)射結(jié)為正發(fā)射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)也是正向偏置（或零偏置）；向偏置，集電結(jié)也是正向偏置（或零偏置）； 集電極電集電極電流流IC接近飽和值接近飽和值IC

44、SUCC/RL 飽和狀態(tài)又分為臨界飽和與深飽和飽和狀態(tài)又分為臨界飽和與深飽和。集電結(jié)。集電結(jié)UBC=0的情況的情況稱(chēng)為稱(chēng)為臨界飽和臨界飽和；當(dāng)集電結(jié)偏壓；當(dāng)集電結(jié)偏壓UBC0時(shí)，稱(chēng)為時(shí)，稱(chēng)為深飽和深飽和 晶體管進(jìn)入深飽和狀態(tài)后，其深飽和的程度可用晶體管進(jìn)入深飽和狀態(tài)后，其深飽和的程度可用飽和深度飽和深度S來(lái)表示。飽和深度來(lái)表示。飽和深度S定義為定義為L(zhǎng)CCBCSBRUIIIS/微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性2. 截止區(qū)的主要特點(diǎn)截止區(qū)的主要特點(diǎn)在晶體管輸出特性曲線(xiàn)上，在晶體管輸出特性曲線(xiàn)上，IB=0對(duì)應(yīng)的特性曲線(xiàn)下面的對(duì)應(yīng)的特性曲線(xiàn)下面的部分叫部分叫截止區(qū)截止區(qū)。截止區(qū)的主截止區(qū)的

45、主要特點(diǎn)是發(fā)射結(jié)處于反向偏要特點(diǎn)是發(fā)射結(jié)處于反向偏壓（或零偏壓），集電結(jié)也壓（或零偏壓），集電結(jié)也處于反向偏壓處于反向偏壓。 晶體管截止態(tài)電流傳輸情況示意圖晶體管截止態(tài)電流傳輸情況示意圖 微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的開(kāi)關(guān)波形和開(kāi)關(guān)時(shí)間晶體管的開(kāi)關(guān)波形晶體管的開(kāi)關(guān)波形（a）輸入電壓波形）輸入電壓波形 （b）基極電流波形）基極電流波形 （c）集電極電流波形）集電極電流波形 （d）輸出電壓波形）輸出電壓波形微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性各個(gè)階段所需要的時(shí)間定義如下各個(gè)階段所需要的時(shí)間定義如下 延遲時(shí)間延遲時(shí)間td：從基極有正信號(hào)輸入開(kāi)始，到集電從基極有正信號(hào)輸入開(kāi)始

46、，到集電極電流極電流IC上升到最大值上升到最大值ICS的的0.1倍為止倍為止，這段時(shí)間稱(chēng)，這段時(shí)間稱(chēng)為延遲時(shí)間，記作為延遲時(shí)間，記作td，等于，等于t1-t0 上升時(shí)間上升時(shí)間tr：集電極電流由集電極電流由0.1ICS上升到上升到0.9ICS為為止所需要的時(shí)間為上升時(shí)間，記作止所需要的時(shí)間為上升時(shí)間，記作tr，等于，等于t2-t1 。 貯存時(shí)間貯存時(shí)間ts：從輸入信號(hào)：從輸入信號(hào)Uin變負(fù)（變?yōu)榈碗娖交蜃冐?fù)（變?yōu)榈碗娖交蜇?fù)脈沖開(kāi)始），負(fù)脈沖開(kāi)始），到集電極電流到集電極電流IC下降為下降為0.9ICS為止所為止所需要的時(shí)間稱(chēng)為儲(chǔ)存時(shí)間。記作需要的時(shí)間稱(chēng)為儲(chǔ)存時(shí)間。記作ts，即，即t4-t3 。

47、下降時(shí)間下降時(shí)間tf：集電極電流集電極電流IC從從0.9ICS下降到下降到0.1ICS所需要的時(shí)間，記作所需要的時(shí)間，記作tf，即，即t5-t4 。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性晶體管的開(kāi)關(guān)過(guò)程和影響開(kāi)關(guān)時(shí)間的因素晶體管的開(kāi)關(guān)過(guò)程和影響開(kāi)關(guān)時(shí)間的因素1. 延遲過(guò)程和延遲時(shí)間延遲過(guò)程和延遲時(shí)間延遲階段基區(qū)少子濃度分布延遲階段基區(qū)少子濃度分布 延遲時(shí)間延遲時(shí)間td的長(zhǎng)短取決于基的長(zhǎng)短取決于基極電流對(duì)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)電容極電流對(duì)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)電容充電的快慢，所以縮短延遲時(shí)充電的快慢，所以縮短延遲時(shí)間的辦法是間的辦法是： 減少發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的結(jié)減少發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的結(jié)面積，以減少結(jié)電容面積，以

48、減少結(jié)電容CTe和和CTc； 增大基極注入電流，使勢(shì)增大基極注入電流，使勢(shì)壘電容充電過(guò)程加快；壘電容充電過(guò)程加快； 晶體管關(guān)斷時(shí)，給基極施晶體管關(guān)斷時(shí)，給基極施加的負(fù)脈沖幅度盡可能小。加的負(fù)脈沖幅度盡可能小。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性2. 上升過(guò)程和上升時(shí)間上升過(guò)程和上升時(shí)間tr上升過(guò)程中基區(qū)電子濃度梯度的增加上升過(guò)程中基區(qū)電子濃度梯度的增加 縮短上升時(shí)間的辦法縮短上升時(shí)間的辦法是：是： 減小結(jié)面積減小結(jié)面積AE和和AC，以減小，以減小CTe和和CTc； 減小基區(qū)寬度，能盡快建立減小基區(qū)寬度，能盡快建立起所需少子濃度梯度；起所需少子濃度梯度； 增大基極注入電流，使勢(shì)壘增大基極注入電流，使勢(shì)壘電容充電過(guò)程加快，但也要兼顧電容充電過(guò)程加快，但也要兼顧深飽和問(wèn)題。深飽和問(wèn)題。微電子學(xué)基礎(chǔ)理論第2章 PN結(jié)的機(jī)理與特性3. 貯存電荷和貯存時(shí)間貯存電荷和貯存時(shí)間晶體管飽和態(tài)時(shí)的電荷分布示意圖晶體管飽和態(tài)時(shí)的電荷分