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微电子器件分析的典型过程平衡态DC响应AC响应瞬态响应1.分区、近似求解泊松方程得到平衡态的参数2.平衡态载流子电流密度等于零出发推导出内建电场的大小1.在边界条件下求解中性区少子连续性方程（扩散方程）得到少子浓度分布2.由电流密度方程得到各电流密度成分求少子电荷控制方程p0nn0pxP区N区反偏二极管的反向电流有哪些可能的产生机制？反偏二极管可以得到大电流输出吗？怎样得到大电流输出？p0nn0pxP区N区p0nn0pxP区N区典型器件：光电二极管法1：使耗尽区产生电子－空穴对光电二极管是将光信号转换为电信号的半导体器件，器件核心是反向偏置的pn结在没有光照时，由于pn结处于反向偏置，只有微弱的反向电流流过当有光照时，反向电流急剧增加（携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子）。为了增加光照，pn结面积较大。p0nn0pxP区N区法2：使靠近耗尽区边界的中性区有更多的少子ttEE1-E2ItstfI0LRE1LRE2−0时间维度上，可以采用从开态（正偏）瞬时变为关态（反偏）实现PNPN空间维度上，可以将正偏与反偏pn结背靠背放在一起来实现利用正偏pn结提供载流子•双极含义是电子与空穴两种极性不同的载流子均参与了器件的导通过程•BJT是电压控制的电流源•BJT与其它器件连接可实现放大电流、放大电压和放大功率•Transistor是Transferresistor的缩写•——双极结型晶体管（bipolarjunctiontransistor,BJT)WilliamShockleyJohnBardeenWakterBrattain1947第三章双极结型晶体管•双极结型晶体管)是两个相邻的耦合pn结构成§3-1双极型晶体管基础nP+pEmitter(E)Base(B)Collector(C)Narrow(WL)Wide(WL)Wide(WL)形成BJT的条件之一npn和pnp晶体管0=+++=CEBCEBCBEVVVIII1、BJT类型与工艺制备工艺与特性均匀基区BJT（扩散晶体管）特点：1.三个区内杂质均匀分布2.发射结、集电结为突变结3.载流子在基区中以扩散运动为主合金工艺缓变基区或双扩散BJT（漂移晶体管）特点：1.基区为缓变杂质分布，发射区杂质分布也缓变。2.载流子在基区中以漂移为主平面工艺电路用法EB结＋＋－－工作状态放大状态，用于模拟电路饱和状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路倒向放大状态CB结－＋－＋2、偏压与工作状态加在各PN结上的电压为PNP管，NPN管，BEBEBCBC,VVVVVV=−=−EBEBCBCB,VVVVVV=−=−3.能带图与少子分布a.耗尽区b.能带图c.电势d.电场e.电荷密度注：假设晶体管的各个区域是均匀掺杂的，并且NAENDBNAC平衡pnpBJT平衡pn结课堂练习画出平衡条件下npn晶体管的能带图PN结能带图PNqVEEFpFn=−均匀基区pnp晶体管能带图放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：平衡态qVEEFpFn=−NPN晶体管在4种工作状态下的能带图：放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：课堂练习写出小注入pn结非平衡态时的势垒区边界的少子分布()noxnnonnppkTqVpxp=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=∞→,exp()poxppoppnnkTqVnxn=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−−∞→,exp()0,1exp=Δ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=Δ∞→xnnonnpkTqVpxp()0,1exp=Δ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−Δ−∞→xppoppnkTqVnxn均匀基区pnp晶体管的各边界上少子浓度EEmitterPBaseNCollectorPBCEE0nn=EBEE0expqVnnkT⎛⎞=⎜⎟⎝⎠EBBB0expqVppkT⎛⎞=⎜⎟⎝⎠CBBB0expqVppkT⎛⎞=⎜⎟⎝⎠CBCC0expqVnnkT⎛⎞=⎜⎟⎝⎠CC0nn=均匀基区pnp晶体管的少子分布图：放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：4、放大作用处于放大模式偏置下的pnpBJT中载流子的输运BJT中载流子的输运过程：1.在正偏E-B结附近载流子的运动表现为多数载流子扩散过发射结注入到另一边的准中性区（中性基区）2.由于基区宽度比少子扩散长度小得多，大多数的注入空穴通过扩散穿越准中性基区并且进入C-B耗尽区，然后C-B耗尽区内的加速电场（漂移）迅速把这些载流子扫进集电区。画出PN结中的正向电流和反向电流的构成与载流子运动情况V=JdpdnrJJJ++dpJdnJrJP区N区px−nx0V=JgdndpJJJ++dpJdnJgJP区N区px−nx0课堂练习放大模式偏置下pnpBJT中的扩散电流（忽略耗尽区内的R-G电流）nrnEncnrEnBnEpEEIIIIIIIII+≈−+=+=WBLB,减少InrpEIpCInEIprInrInInrnEEprpEpcpcnccIIIIIIIII−−=−=≈+=IncNENB，减少InE定义1：发射结正偏，集电结零偏时的IC与IE之比，称为共基极直流短路电流放大系数，记为α，即：0,0==CBEBVVECIIα电流放大系数的定义定义2：发射结正偏，集电结反偏时的IC与IE之比，称为共基极静态电流放大系数，记为hFB，即：0,0=CBEBVVECFBIIh共基极定义3：发射结正偏，集电结零偏时的IC与IB之比，称为共发射极直流短路电流放大系数，记为β，即：0,0==CBEBVVBCIIβ定义4：发射结正偏，集电结反偏时的IC与IB之比，称为共发射极静态电流放大系数，记为hFE，即：0,0=CBEBVVBCFEIIh共发射极根据，及的关系，可得β与α之间有如下关系：ECII=α对于一般的晶体管，α=0.950～0.995，β=20～200。ββα+=1CEBIII−=()ααβ−=−==1ECEECBCIIIIIII