半导体器件物理三.ppt

* 二次击穿对晶体管具有一定的毁坏作用。 在二次击穿状态下停留一定时间后，会使器件特性恶化或失效。 若外加限流电阻，并适当减小使用功率，对于二次击穿耐量高的晶体管，可以得到可逆的二次击穿特性，利用此特性可以制成二次击穿振荡器。 二次击穿耐量低的晶体管，经多次二次击穿后必然失效。 * 二次击穿的机理 ●热型（热不稳定型）：二次击穿是局部温度升高和电流集中往复循环的结果。 而循环和温度升高都需要一定的时间，因此热型二次击穿的触发时间较长。（慢速型） ●电流型（雪崩注入型）：由雪崩注入引起 雪崩击穿即刻发生，所以此种击穿的特点是器件由高压小电流状态向低压大电流状态过渡十分迅速，所需延迟时间很短，因此电流型二次击穿是快速型的二次击穿。 * 晶体管的安全工作区（SOA） 晶体管能安全可靠地工作，并具有较长寿命的工作范围。 由最大集电极电流ICM，极限电压BVCE0，最大功耗线和二次击穿临界线PsB所限定的区域。 ICM：共发射极电流放大系数降到最大值的一半时的集电极电流 * 功率晶体管直流安全工作区 雪崩注入二次击穿区 电流过荷区 雪崩击穿区 二次击穿区 安全工作区 * 最大功耗线（图中实线） 由最大耗散功率PCm、热阻RT、最高结温Tj和环境温度Ta决定。 功耗线右边（Ⅰ区）为功率耗散过荷区。功率过大，将产生大量热量，造成引线熔断和镍铬电阻烧毁等。 * 二次击穿临界线（图中虚线） 由实验测定，它随改善二次击穿特性措施的实施而逐渐靠近最大功耗线。 区域Ⅱ为热型二次击穿区。工作在此区内，晶体管将产生过热点，最终导致材料局部熔化，结间产生熔融孔而永久失效。 * Ⅲ区为雪崩注入二次击穿区，若外电路无限流措施，同样会造成晶体管永久失效。 Ⅳ区为雪崩击穿区。在Ⅲ、Ⅳ两区内，若采取限流措施，均不会造成晶体管永久失效， Ⅴ区为电流过荷区，电流过荷区将会使β、特征频率等参数严重下降，晶体管性能恶化。 * 晶体管的安全工作区（图中阴影部分） 安全工作区的大小与电路工作状态有关。 从设计和制造的角度考虑，尽量扩大晶体管的安全工作区仍是高频功率管的重要任务。 * 如何扩大安全工作区 首先，努力做到使安全工作区由最大集电极电流ICM，最高集电极电压BVCE0和最大功耗线所限定。 （改善器件的二次击穿特性，将二次击穿临界线移到最大功耗线之外，至少也要移到最大功耗线上。） 其次，通过选择合适的材料和正确的设计。 （提高器件的耐压；增大器件的最大电流；降低热阻，提高晶体管的耗散功率） * 3.7 晶体管的开关特性 三极管的开关特性在数字电路中用得非常广泛，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。 晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相当于开关断开状态；工作于饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。 1.三极管的开关模式和特点 * 开关等效电路 (1) 截止状态 条件：发射结反偏，集电结反偏 特点：电流约为0 (2)饱和状态 条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UCES=0.3V/硅 * 2.三极管的开关时间 三极管在理想情况下,其输出电压Vo应重现输入Vi的形状,只是对其有放大和倒相作用。 实际中，晶体三极管也是有惰性的开关.由于三极管内部电荷建立和消失均需一定的时间，截止和饱和两种状态的转换不可能瞬间完成。 * IC(sat) O O O uI iC uO t t t UIH UIL VCC UCE(sat) 三极管反相器的实际波形为 　　uI 从 UIL 正跳到 UIH 时，三极管将由截止转变为饱和， iC 从 0 逐渐增大到 IC(sat)，uC 从 VCC 逐渐减小为 UCE(sat)。 　　uI 从 UIH 负跳到时 UIL，三极管不能很快由饱和转变为截止，而需要经过一段时间才能退出饱和区。 三极管的动态开关特性 * IC(sat) O O O uI iC uO t t t UIH UIL VCC UCE(sat) 0.9IC(sat) ton 0.1IC(sat) toff 　　uI 正跳变到 iC 上升到  0.9IC(sat) 所需