BVeeo晶体管的重要直流参数之一
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4. 晶体管的特性参数 （续） 4.4 晶体管的频率特性 截止频率 f：共基极电流放 大系数减小到低频值的 1 2 所对应的频率值 截止频率f ： 特征频率fT：共发射极电流放大系数为1时对应的工作频率 最高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率
p型半导体：空穴 p Na 电子 n ni2/Na
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8. 过剩载流子
由于受外界因素如光、电的作用，半导 体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这 些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子 载流子的产生和复合：电子和空穴增加和消
失的过程 电子空穴对：电子和空穴成对产生或复合
公式 np ni2 不成立
模拟电 路
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输入电压直接控制提供 输出电流的载流子密度
输入电容由 扩散电容决 定
随工作电流的减 小而减小
高跨导
可同时在大或小的电 流下工作而无需调整 输入电容
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存在直流输入电 流，基极电流
饱和区中存储电 荷上升
开态电压无法成 为设计参数
e
qVR kT
1
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单向导电性： 正向偏置 反向偏置
5. PN结的特性
正向导通电压Vbi~0.7V(Si) 反向击穿电压Vrb
正向导通，多数载流子扩散电流 反向截止，少数载流子漂移电流
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6. PN结的击穿 雪崩击穿
齐纳/隧穿击穿
7. PN结电容
CT
Q V
N
扩散
电子： N区
漂移
正向电流
P
P区
正向偏置时，扩散大于漂移
扩散
空穴： P区
N区
漂移
j
jp x
jn
x
北 京 n大pL学0nDn微电p子nL学0Dp研p究所e
qV kT
1
正向的PN结电流输运过程
电流传输与转换（载流子的扩散和复合过程〕
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4. PN结的反向特性
N
P
漂移
反向偏置时，漂移大于扩散
CT
dQ dV
CT
s0S
Xm
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§ 2.4 双极晶体管
1. 双极晶体管的结构 由两个相距很近的PN结组成：
发
发
收
收
射
发射区 射 基区 集 收集区
集
极
结
结
极
基极
基区宽度远远小于少子扩散长度
分为：NPN和PNP两种形式
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双极晶体管的两种形式：NPN和PNP
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4. 晶体管的特性参数
4.1 晶体管的电流增益（放大系数〕
共发射极直流放大系数 交流放大系数0、
0
Ic Ib
ic
ib
共基极直流放大系数和 交流放大系数0 、
0
Ic Ie
ic
ie
两者的关系
0
Ic Ie Ic
0 1 0
1
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4. 晶体管的特性参数
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优 点
垂直结构
5. BJT的特点
与输运时间相关的尺 寸由工艺参数决定， 与光刻尺寸关系不大
易于获 得高fT
高速 应用
整个发射结 上有电流流 过
开态电压 VBE与尺寸、 工艺无关
可获得单位面积 的大输出电流
易于获得 大电流
大功率 应用
片间涨落小，可获 得小的电压摆幅
易于小信 号应用
q
N
D
N
A
p
n
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电流连续方程
可动载流 子的守恒
电子：
n t
1 q
jn
G
R
空穴
p t
1 q
jp G
R
热平衡时： 产生率＝复合率 np=ni2
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电流密度方程
载流子的输运方程
方程形式1
在漂移－扩散模型中
jn qnn E qDnn
jp q p p E qDpp
➢量子态和能级 ➢固体的能带结构
原子能级
能带
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➢共价键固体中价电子的量子态和能级 ➢共价键固体：成键态、反键态
原子能级
反成键态
成键态
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半导体的能带结构
导带
Eg
价带
价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带 导带： 0K条件下未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
f
(E)
1
1 e(EEF
)/
kT
• E=EF时，能级被占据的几率为1/2 • 本征费米能级位于禁带中央
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平衡时的能带结构
自建势qVbi
jn
nn
EF x
n
nn
EF x
0
jp
pp
EF x
p
p
p
EF x
0
dEF 0 dx
费米能级平直
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3.正向偏置的PN结情形
n型半导体：电子 p型半导体：空穴
少子：少数载流子
n型半导体：空穴 p型半导体：电子
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7. 电中性条件: 正负电荷之和为0
p + Nd – n – Na = 0
施主和受主可以相互补偿
p = n + Na – Nd n = p + Nd – Na
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n型半导体：电子 n Nd 空穴 p ni2/Nd
影响迁移率的因素： 有效质量 平均弛豫时间（散射〕
体现在：温度和 掺杂浓度
半导体中载流子的散射机制： 晶格散射（ 热 运 动 引 起） 电离杂质散射
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载流子的扩散运动：载流子在化学势作用下运动
扩散电流
电子扩散电流： J n,diff
dn qDn dx
空穴扩散电流：
J p,diff
漂移
电子： N区
P区
扩散
空穴： P区
N区
扩散
反向电流
jr
jp x
jn
x
n
p 0 Dn Ln
pn 0 D p Lp
e
qVR kT
1
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反向偏置时，漂移大于扩散
漂移
电子： N区
P区
扩散
漂移
空穴： P区
N区
扩散
反向电流
jr
jp x
jn
x
n
p 0 Dn Ln
pn 0 D p Lp
载流子浓度
电 子 浓 度 n, 空 穴 浓 度 p
本征载流子浓度： n=p=ni
np=ni2
ni与禁带宽度和温度有关
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6. 非本征半导体的载流子
热平衡时:
np ni2
在非本征情形: n p
N型半导体：n大于p P型半导体：p大于n
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多子：多数载流子
原子结合形式：共价键 形成的晶体结构： 构 成 一 个正四 面体， 具 有 金 刚 石 晶 体 结 构
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半导体的结合和晶体结构
金刚石结构
半导体有元素半导体，如：Si、Ge 化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS
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2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子
受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B
施主和受主浓度：ND、NA
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杂质能级：杂质可以使电子在其周围运动形成量子态
施主能级
受主能级
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5. 本征载流子
本征半导体：没有掺杂的半导体 本征载流子：本征半导体中的载流子
p ni
重点
• 半导体、N型半导体、P型半导体、本征 半导体、非本征半导体
• 载流子、电子、空穴、平衡载流子、非 平衡载流子、过剩载流子
• 能带、导带、价带、禁带 • 掺杂、施主、受主 • 输运、漂移、扩散、产生、复合
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作业
➢载流子的输运有哪些模式，对这 些输运模式进行简单的描述
本征半导体：n=p=ni
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电子：Electron，带负电的导电载流 子，是价电子脱离原子束缚 后 形成的自由电子，对应于导带 中占据的电子
空穴：Hole，带正电的导电载流子， 是价电子脱离原子束缚 后形成 的电子空位，对应于价带中的 电子空位
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3. 半导体的能带 (价带、导带和带隙)
qDp
dp dx
爱因斯坦关系:
D kT
q
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过剩载流子的扩散和复合 过剩载流子的扩散过程
扩散长度Ln和Lp: L=(D)1/2 过剩载流子的复合机制：
直接复合、间接复合、 表面复合、俄歇复合
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描述半导体器件工作的基本方程
泊松方程
高斯定律
描述半导体中静电势的变化规律
静电势由本征费米 能级Ei的变化决定
Ei
q
能带向下弯， 静电势增加
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方程的形式1
2x, t