2005年7月
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微电子中心
rCS IC C SR IDS
12
HMEC
集成电路设计原理
2.1.4 多结晶体管E-M模型
微电子中心
（5）简化模型等效电路（消除有源寄生）
S
CS
IB IDC
CC
B rB IDE
CE
rCS IC
CDC
C F IDE
CDE
R IDC
rE E IE
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集成电路设计原理
2.1.4 多结晶体管E-M模型
（3）直流模型等效电路
S
rSS IS
IDS
IB IDC
B rB
IDE
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rE IE E
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SF IDC F IDE R IDC
B(P)
寄生PNP晶体管正向有
NPN
源导通。
PNP
EB C
P+
P N+
N+
N–-epi
P-Sub
C(N) S(P)
P+
有电流流向衬底，
影响NPN晶体管的正
常工作。
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集成电路设计原理
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2.1.3 集成NPN晶体管的有源寄生效应 （3）减小有源寄生效应的措施
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集成电路设计原理
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2.1.5 集成NPN晶体管常用图形及特点
（2）双基极条形
与单基极条形相比： 基极串联电阻小 电流容量大 面积大 寄生电容大
BE B C
P+
P N+
P+
P N+
N–-epi
N+
P+
P-Sub
B(P)
E(N+) NPN
CJS C(N)
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集的有源寄生效应
（2）NPN晶体管饱和或反向有源时 E(N+)
VBC>0 VSC<0
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2.1.5 集成NPN晶体管常用图形及特点
（1）单基极条形 结构简单、面积小 寄生电容小 电流容量小 基极串联电阻大 集电极串联电阻大
EB C
P+
P N+
N–-epi
N+
P+
P-Sub
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（2）直流模型表达式
IE 1 0 0
IB IC
=
1 0
1 -1
0 -1
IS 0 0 1
I1 I2 I3
VBE N+ I1
B IB VB
PI N2
C
C
VSC
P
I
IC
3
S IS
1 -R
0
1-F 1-R -SR = F -(1-SF) -(1-SR)
0 -SF
1
IES (eVBE/VT-1) ICS (eVBC/VT-1) ISS (eVSC/VT-1)
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2.1.3 集成NPN晶体管的有源寄生效应
（1）NPN晶体管正向有源时
B(P)
VBC<0 VSC<0
寄生PNP晶体管截止,
PNP
等效为寄生电容
S(P)
E(N+) NPN C(N)
EB C
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2.1.1 集成NPN晶体管的结构
等
平
效 B(P)
面
电
图
路 PNP
图
S(P)
剖
面 图
P+
EB C
P N+
N–-epi
N+
P+
P-Sub
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等
效 结
B
构
图
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E(N+) NPN
C(N)
E
N
+
P
N
C
P
S
4
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E IE
I1 11-AR 0
I2 = -BF 11-CSR
I3 00-DSF 1
IES (eVBE/VT-1) ICS (eVBC/VT-1) ISS (eVSC/VT-1)
VBE N+ I1
B IB VB
PI N2
C
C
VSC
P
I
IC
3
A=
I1 I2
= VBE=0
VSC=0
-R
B= I2 I1
= VBC=0
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第二章 集成电路中的元器件 及其寄生效应
元器件是组成集成电路的基本元 素，其结构和性能直接决定着集成电 路的性能。
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§2-1 集成电路中的 NPN晶体管
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2.1.4 多结晶体管E-M模型
（4）瞬态模型等效电路
S
rSS IS
IDS
CS
CDS
SF IDC
IB IDC
CC
B
rB
IDE
CE
CDC CDE
F IDE R IDC
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rE IE E
B(P)
增加n+埋层
E(N+) NPN
①加大了寄生PNP晶 体管的基区宽度
PNP S(P)
C(N)
②形成了寄生PNP晶 体管基区减速场
EB C
P+
P N+
N–-epi
N+
P+
P-Sub
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2.1.4 多结晶体管E-M模型 （1）定义及结电流
VSC=0
-F
C=
I2 I3
= VBE=0
VBC=0
-SR
D=
I3 I2
= VBE=0
VSC=0
-SF
S IS
端电流的定义 结电流的定义 结电压的定义
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2.1.4 多结晶体管E-M模型
E IE
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思考题
1.集成NPN管与分立NPN管有什么不同？
2.有源寄生效应有何影响？如何减小或 消除？
3.无源寄生有何影响？ 4.NPN管常用图形各自的特点是什么？
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2.1.2 集成NPN晶体管与分立NPN晶体管的差别
（1）四层三结结构，构
E(N+)
B(P)
成了一个寄生的PNP
NPN
晶体管（有源寄生）
PNP
（2）电极都从上表面引 S(P)
C(N)
出，造成电极的串联 电阻和电容增大（无 源寄生）
EB C
P+
P N+
N–-epi
N+
P+
P-Sub