4.1 晶体管结构与工作原理
2.缓变基区晶体管的电流放大系数
（1）基区晶体管中存在的自建电场
P型

N(x) 等 效 负 电 荷

区
Nb(x)
等效正电荷 区


E
Pb (x)





x
基区存在杂质浓度梯度，同时基区多数载流子空穴也存在浓度 梯度，因此就要往浓度低的方向扩散，其结果破坏了基区的电中 性条件，使基区靠近发射区的一侧带负电，靠近集电区的一侧带 正电，这样就形成一个自右向左的电场。
4.1 晶体管结构与工作原理
2. 晶体管的载流子传输
I nE
I nC
E
IVR
C
IE
IC
x1 x2
x3
x4
UE
I pE
B IB
I CBO
UC

1.发射区注入
2.基区输运
3.集电结收集
I E I pE InE I B I pE IVR I CBO IC I nC ICBO
4.1 晶体管结构与工作原理
B SiO 2 x je
2.平面管
E
B Al
ND NA
N
P
Wb
x jc
N
N
C
N
0
x je P
N
x jc
x
三个区域的杂质分布是不均匀的。由于此晶体管的基区和发 射区是由两次扩散工艺形成的，因此称为双扩散管。
4.1 晶体管结构与工作原理 4.1.2 晶体管的电流传输
1. 晶体管的载流子分布
I C I nC I CBO
I nC InE I E
4.1 晶体管结构与工作原理
4.1.3 晶体管的直流电流放大系数 1.电流放大系数定义和电流放大能力
（1）共基极直流电流放大系数α0
0

IC IE
IE N E
P IB B
N
IC
C
α0反映出发射极输入电流IE中有多大比例传输到集电极成为输出 电流IC，或者说由发射极发射的电子有多大比例传输到集电极。由于 前面讲到的传输过程中的两次损失，α0总是小于1。
化，也就是说晶体管具有电流放大能力。
晶体管要具有放大能力，必须具有哪些条件？
4.1 晶体管结构与工作原理
1）发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多，以保证发射效率γ0
很接近于1. 2）基区宽度Wb远小于LnB，保证基区输运系数很接近于1。 3）发射结正偏，使电子从发射区注入基区；集电极反偏，将电 子从基区收集到集电区。
发射效率

1 1 RSe
1
1
eWb
RSb
b x je
4.1 晶体管结构与工作原理
（4）缓变基区晶体管的基区输运系数
0*
1
IVR InE
1
Wb2
4 nbDnb

1

Wb2 4L2nb
（5）缓变基区晶体管的电流放大系数
0
00*
1 1 RSe
(1
Wb2 4L2nb
发射极延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
2．发射结扩散电容充放电效应对电流放大系数的影响
交流基区输运系数β*的分析计算的方法和交流发射效率γ完全一样

*


* 0
1
1
j b
b reCDe
发射结扩散电容的充放电时间常数
τb也可称为基区渡越时间，意思就是电子穿越基区所用的时间， τb和基区宽度以及电子在基区的扩散速度有关。
WC x jc xmB x
4.2 晶体管的直流特性 2. BUCEO
BUCEO是基极开路时，集电极与发射极间的击穿 电压，有下列关系式：
BVCEO

BVCBO
n
式中n为常数。集电结低掺杂区为N型时，硅管n=4， 锗管n=3。集电结低掺杂区为P型时，硅管n=2，锗管 n=6。
4.2 晶体管的直流特性
b

Wb2
Dnb
4.3 晶体管的频率特性
3．集电结势垒区渡越过程对电流放大系数的影响
载流子以极限速度穿过集电结势垒区所需的时间为
s

xm vm
集电结空间电荷区输运系数：
d
1
1 j s
1
2 1 j d
d s 2 集电结空间电荷区延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
4.1 晶体管结构与工作原理
（2）共发射极直流电流放大系数
0

IC IB
（3）α0和β0的关系
0

IC IB

IC IE IC
IC IE 1 IC IE
0 10
（4）晶体管的放大能力和具备放大能力的条件
C IC N
IB
P
B
N
IE E
β0一般在20-200之间，所以IB的微小变化将引起IC的很大变
可见，减小基区体内复合电 流IVR是提高基区输运系数的有 效途径，而主要措施是减薄基区 宽度W，使基区宽度远小于电子 在基区的扩散长度。
4.1 晶体管结构与工作原理
0

IC IE

I nC IE

I nE IE
I nC InE


0

* o
虽然共基极接法的晶体管不能放大电流，但是由于集电极可以 接入阻抗较大的负载，所以仍然能够进行电压放大和功率放大。
IC I E ICBO
2
2mA
1 0
24
1mA 0mA 6 8 10 UCB / V
4.2 晶体管的直流特性
1.共发射极晶体管特性曲线
共发射极输入特性曲线
输入特性曲线与正向PN结伏 安特性相似。当集电结处于反 偏时，由于基区宽度减小，基 区内载流子的复合损失减少，IB 也就减少。所以，特性曲线随 VCE的增加而右移。
1.共基极晶体管特性曲线
共基极输入特性曲线
IE / mA
UCB 10V 5V 0V
共基极输入特性曲线实际就是正向
PN结的特性曲线，由于基区宽变效应， 0 0.2 0.4 0.6 0.8 UBE / V
输入特性曲线随UCB增大而右移
IC / mA
5
IE 5mA
共基极输出特性曲线
4
4mA
3
5mA
三极电流关系
IE IB IC
对于NPN晶体管，电子电流是主要成分。电子从发射极出发，通过 发射区到达发射结，由发射结注入到基区，再由基区输运到集电结边 界，然后又集电结收集到集电区并到达集电极，最终称为集电极电流。 这就是晶体管内部载流子的传输过程。
电子电流在传输过程中有两次损失：一是在发射区，与从基区注入 过来的空穴复合损失；而是在基区体内和空穴的复合损失。因此
4.3 晶体管的频率特性
4.3.1 晶体管的频率特性和高频等效电路 1.晶体管的频率特性和频率参数 , / dB
当晶体管工作频率高到一定程度 40 3dB
时，电流放大系数将随工作频率的 30
升高而下降，同时也发生了相移。 20
如图为幅频特性曲线的示意图，反 10
映了晶体管的放大倍数随频率变化
4.集电结势垒电容充放电效应对电流放大系数的影响
集电区衰减因子
inc
ie
rc
rcs ic
iCTc
C
CTc
B
c
ic ic iCTc
1
1 jrcsCTc
1
1
j c
c rcsCTc
集电极延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
4.3.3 晶体管的电流放大系数
Aeq
Dpeni2 x je Ne
eqVE
kT
IVR

AeWb
q
nb
nb

Ae
qWbnb0
2 nb
eqVE
kT
4.1 晶体管结构与工作原理
（3）缓变基区晶体管的发射效率
方块电阻的概念
RS
a
aW

W
a
a I
它的大小决定于单位面积 薄层中所含的杂质总量。若
薄层内杂质分布不均匀：
W x
RS W

微电子技术专业
4.1 晶体管结构与工作原理 4.1.1 晶体管的基本结构与杂质分布
晶体管的基本结构与符号
集电极 C
集电极 C
集电区
C
N
集电结
B
B
基区
P
基极
N
发射结
E
发射区
发射极
E
集电区
C
P
集电结
B
B
基区
N
基极
P
发射结
E
发射区
发射极
E
4.1 晶体管结构与工作原理 1. 合金管
IB / μA
VE 0V
80
60
5V
40
20 ICBO0 0.2 0.4 0.6 0.8 UBE / V
4.2 晶体管的直流特性
共发射极输出特性曲线
IC I B ICEO
注意：基区宽变效应使 输出特性曲线微微上翘。
IC / mA 10 8 6 4 2
0 24
IB 50μA 40μA
4.2 晶体管的直流特性
2. ICEO
I nC ICBO
ICEO ICBO I nC (1 )ICBO
式中的β是集电极电流为ICEO时
的小电流放大系数，比正常工作时
的β要小得多。因此，一般来讲