微电子器件原理总结.docx

三种管子的工作原理、符号、结构、电流电压方程、电导、跨导、频率然后还有集边效应，二次击穿双极型晶体管：发射极电流集边效应：（1）定义：由于p-n 结电流与结电压的指数关系，发射结偏压越高，发射极边缘处的电流较中间部位的电流越大（2）原因：基区体电阻的存在引起横向压降所造成的（3）影响：增大了发射结边缘处的电流密度，使之更容易产生大注入效应或有效基区扩展效应，同时使发射结面积不能充分利用（4）限制：限制发射区宽度，定义发射极中心到边缘处的横向压降为kT/q时所对应的发射极条宽为发射极有效宽度，记为2Seff。Seff称为有效半宽度。发射极有效长度：（1）定义：沿极条长度方向，电极端部至根部之间压降为kT/q时所对应的发射极长度称为发射极有效长度（2）作用：类似于基极电阻自偏压效应，但沿Z方向，作用在结的发射区侧耗散功率PC与最大耗散功率PCM：二次击穿和安全工作区：（1）现象：当晶体管集电结反偏增加到一定值时，发生雪崩击穿，电流急剧上升。当集电结反偏继续升高，电流Ic增大到某—值后,cb结上压降突然降低而Ic却继续上升，即出现负阻效应。（2）分类：基极正偏二次击穿（Ib0）、零偏二次击穿和（Ib=0）、反偏二次击穿（Ib0）。（3）过程：①在击穿或转折电压下产生电流不稳定性；②从高电压区转至低电压区，即结上电压崩落，该击穿点的电阻急剧下降；③低压大电流范围：此时半导体处于高温下，击穿点附近的半导体是本征型的；④电流继续增大，击穿点熔化，造成永久性损坏。（4）指标：在二次击穿触发时间td时间内，消耗在晶体管中的能量称为二次击穿触发能量（二次击穿耐量）。晶体管的ESB（二次击穿触发功率PSB)越大，其抗二次击穿能力越强。（5）改善措施：1、电流集中二次击穿①由于晶体管内部出现电流局部集中，形成“过热点”，导致该处发生局部热击穿。②导致电流局部集中的原因：大电流下Ie的高度集边。原材料或工艺过程造成的缺陷和不均匀性。在缺陷处杂质扩散快，造成结不平坦、基区宽度Wb不均匀等。发射极条、基极条间由于光刻、制版等原因造成各部位尺寸不均匀而引起的电位分配不均匀。总的IE在各小单元发射区上分配不均匀，边缘处散热能力强，中心处散热能力差，造成中心部位Tj较高，故二次击穿后熔融点多在中心部位。由于烧结不良形成空洞而造成的局部热阻过大，使该处结温升高，电流增大。晶体管的结面积越大，存在不均匀性的危险也越大，越易发生二次击穿。 ③改善及预防措施：1. 降低rb，以改善发射极电流集边效应; 2. 提高材料及工艺水平，尽可能消除不均勾性。3. 改善管芯与底座间的散热均匀性，消除出于接触不良而形成的“过热点”。4. 采用发射极镇流电阻。2、雪崩注入二次击穿①由集电结内的电场分布及雪崩倍增区随Ic变化，倍增多子反向注入势垒区而引起②改善及预防措施：1. 增加外延层厚度，使Wc≥BVceo/EM。但这会使集电区串联电阻rcs增大，影响其输出功率。2. 采用双层集电区结构增大外延层掺杂浓度，以增大雪崩二次击穿临界电流密度Jco。3. 采用钳位二极管。镇流电阻RE可以防止正偏二次击穿，钳位二极管D可以防止反偏二次击穿。（6）安全工作区：1、定义：晶体管能够安全工作的范围。一般用SOAR或SOA表示。由最大集电极电流ICM、雪崩击穿电压BVCEO、最大耗散功率PCM及二次击穿触发功率PSB参数包围而成。2、拓展方法：脉冲工作条件拓宽了晶体管的安全工作区，且随脉宽减小而扩大。①脉冲信号的占空比越大，PSB越小，占空比＜5％时就不易损坏。②固定占空比时，脉冲宽度越窄，PSB越大。而当脉宽＜ 100ms后，安全工作区已不再受二次击穿功率PSB的限制。当脉宽＞ls时，其测量结果与直流情况无异。结型场效应晶体管：一、工作原理：通过改变垂直于导电沟道的电场强度（栅极电压）来控制沟道的导电能力，从而调制通过沟道的电流。由于场效应晶体管的工作电流仅由多数载流子输运，故又称之为“单极型场效应晶体管”二、符号：三、结构：（S—源极、G—栅极、D—漏极）四、分类：(1)结型栅场效应晶体管(缩写JFET、体内场效应器件)(2)肖特基栅场效应晶体管——金属-半导体场效应晶体管(缩写MESFET、体内场效应器件)(3)绝缘栅场效应晶体管(缩写IGFET、表面场效应器件)(4)薄膜场效应晶体管(缩写TFT、表面场效应器件)五、特点：(1)体积小，重量轻(2)FET是一种通过输入电压的改变控制输出电流的电压控制器件。(3)FET的直流输入阻抗很高，一般可达109—1015Ω(4)FET类型多、偏置电压的极性灵活、动态范围大、其各级间可以采用直接耦合的形式。(5)噪声低，特别适合于要求高灵敏度、低噪声的场合。(6)热稳定性好。(7)抗辐射能力强。(8)相对于双极晶体管，制作工序少、工艺简单