半导体器件物理(1)
半导体器件物理(I
)
在E-M2模型基础上进一步考虑晶体管的二阶效应，包括基区宽度调制、小电流下复合电流的影响、大注入效应等，就成为E-M3模型.
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I
)
1.基区宽度调制效应(Early 效应)
按照器件物理描述的方法，正向放大应用情况下，采用正向Early 电压V A （记为VA ）描述c’-b’势垒区两端电压Vc’b’对有效基区宽度X b 的影响，进而导致I S 、βF 等器件特性参数的变化。
同样引入反向Early 电压（记为VB ）描述反向放大状态下Ve’b’的作用。
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I
)
考虑基区宽变效应引入两个模型参数：
正向Early 电压VA
反向Early 电压VB
这两个模型参数的默认值均为无穷大。
若采用其内定值，实际上就是不考虑基区宽度调制效应。
考虑基区宽变效应等效电路并不发生变化。
第6章BJT模型和BJT版图1.基区宽度调制效应(Early 效应)
6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I
)
小电流下正偏势垒区存在的复合和基区表面复合效应使基极电流增大。
引入下述基区复合电流项描述正向放大情况下be 结势垒区的影响：
I 2＝I SE [exp(qV b’e’/Ne kT)-1]
反向放大情况下引入下述基区复合电流描述bc 结势垒区的影响：
I 4＝I SC [exp(qV b’c’/Nc kT)-1]
相当于等效电路中I B 增加两个电流分量。
2.小电流下势垒复合效应的表征
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M模型
四、E-M3模型
2.小电流下势垒复合效应的表征
半导体器件物理(I)
半导体器件物理(I
)
I 2＝I SE [exp(qV b’e’/Ne kT)-1]
I 4＝I SC [exp(qV b’c’/Nc kT)-1]
新增4个模型参数：
ISE (发射结漏饱和电流)
ISC (集电结漏饱和电流)
NE (发射结漏电流发射系数)
NC (集电结漏电流发射系数)
第6章BJT模型和BJT版图2.小电流下势垒复合效应的表征
6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I )
正向放大情况下，大注入效应使I CC 随be 结电压的增加趋势变慢，为此只需将I CC 表达式作下述修正，等效电路无需变化：
I CC =I S [exp(eV b’e’/kT)-1]/[1+(I S /I KF )exp(eV b’e’/2kT)](1/2)
反向放大情况下，考虑大注入效应，I EC 随与bc 结电压关系作如下修正：
I EC =I S [exp(eV b’c’/kT)-1]/[1+(I S /I KR )exp(eV b’c’/2kT)](1/2)
3.大注入效应的表征
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I
)
I CC =I S [exp(eV b’e’/kT)-1]/[1+(I S /I KF )exp(eV b’e’/2kT)](1/2)I EC =I S [exp(eV b’c’/kT)-1]/[1+(I S /I KR )exp(eV b’c’/2kT)](1/2)
考虑大注入效应，新增两个模型参数：
IKF ：表征大电流下正向电流放大系数下降的膝点电流IKR ：表征大电流下反向电流放大系数下降的膝点电流
3.大注入效应的表征
第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型
四、E-M3模型
半导体器件物理(I
)
第6章BJT模型和BJT版图
6-1 E-M模型
五、讨论
1.默认值为0或者无穷大
的模型参数
E-M2模型中有14个模型参数以及E-M3模型中
的ISE和ISC两个参数的
默认值均为0。
半导体器件物理(I
)
第6章BJT模型和BJT版图
6-1 E-M模型
五、讨论
1.默认值为0或者无穷大
的模型参数
E-M3中的VA、VB、
IKF和IKR四个模型参数
的默认值均为无穷大。
如果在模拟过程中这些
模型参数采用其默认值，
则模拟仿真过程中将不考虑所代表的物理效应。
第6章BJT模型和BJT版图
6-1 E-M模型
五、讨论
2.其他效应的考虑
在PSpice模拟软件采用的双极晶体管模型中，还考虑许多其他效应。
例如：型参数随温度的变化( 包括晶体管饱和电流、漏电流、电流放大系数、串联电阻、势垒内建电势、结电容等参数) ；
噪声模型；
禁带宽度参数等等。
使双极晶体管模型参数总数达到60个。
半导体器件物理(I )
第6章BJT模型和BJT版图
6-1 E-M模型
上面介绍了BJT的E-M3模型，包括等效电路及相应的8个模型参数。
下一个知识点将结合pn结隔离双极集成电路工艺，介绍集成电路中BJT 器件的版图设计。
半导体器件物理(I)。