半导体器件物理学习指导：第三章 双极结型晶体管.ppt

双极结型晶体管（BJT）是一种重要的半导体器件，主要应用于放大和开关电路中。在本章中，我们将深入探讨BJT的工作原理、关键参数和特性。 发射极注射效率是衡量发射极注入基区的电子电流在总发射极电流中所占比例的一个指标。它对BJT的放大能力至关重要，因为只有有效地注入基区的电子才能参与后续的电流放大过程。 基区输运因子是描述从发射极注入基区的电子中能够到达集电极的那部分电流的比例。它直接影响BJT的共基极直流电流增益（β）。共基极直流电流增益是发射极注入基区的电子电流中能够到达集电极的电流在总发射极电流中所占的比例，其数学表达式为β = (Ic / Ie)，其中Ic是集电极电流，Ie是发射极电流。此外，还有α因子，它代表共发射极直流电流增益，通常表示为α = (Ic / (Ie - Ic))。 BJT的截止频率和增益-带宽乘积是衡量其高频性能的重要参数。共基极截止频率和共发射极截止频率分别是在交流增益下降到低频值的0.707倍时的信号频率。增益-带宽乘积则是交流共发射极电流增益下降到1时的频率，它反映了BJT在一定频率范围内维持放大能力的能力。 BJT有四种工作模式：正向有源模式、反向有源模式、饱和模式和截止模式。在这些模式下，BJT的能带结构、载流子分布和电流流动会有所不同。例如，在正向有源模式中，发射结正偏，电子从发射区注入基区，而空穴从基区注入发射区，形成电流放大；在饱和模式下，虽然发射结和集电结都正偏，但集电极电流不再随基极电流增加而显著增大。 BJT的少子边界条件是分析其内部行为的关键。例如，在正向有源模式下，基区的少子边界条件是电子和空穴的注入平衡；而在截止模式下，基区的少子浓度接近于零。 电流增益随集电极电流的变化曲线显示，当集电极电流较大时，电流增益趋于稳定，但随着电流的进一步增加，增益会下降，这主要是由于大注入导致的发射极效率降低。相反，当集电极电流较小，基区复合电流增加，电流增益也会减小。 电流集聚效应是指由于基极电流的影响，发射结附近的电流密度不均匀，导致边缘处的电流密度较高。而基区宽度调变效应，或称Early效应，是指在共发射极电路中，集电极电流随基区宽度的改变而变化，这是由于基区电场对集电结的影响。 科尔克效应（Kirk effect）是外延平面型BJT中的一个现象，由于外延层掺杂浓度低于基区，导致集电结耗尽层主要扩展到外延层，影响了BJT的性能。 双极结型晶体管的工作原理涉及多个复杂的物理过程，包括载流子注入、输运、复合以及电场对载流子分布的影响。理解和掌握这些概念对于设计和优化BJT电路至关重要。