微电子概论（第3版）课件2-4-2实际BJT电流放大系数B.pptx

《微电子概论（第3版）IntroductiontoMicroelectronics郝跃贾新章史江一》SecondEdition

1.实际晶体管放大特性与理想情况的偏离2.4.2影响BJT直流β的其他因素2.导致β0随VCE增大的基区宽变效应3.β0随IC变化的物理原因分析目录

3.β0随IC变化的物理原因分析(1)半对数坐标描述的β0-IC关系由IC=β0IB+ICEO得：β0=(IC-ICEO)/IB≈IC/IB则ln(β0)=ln(IC)-ln(IB)由理想模型，IC=InC+ICBO≈InC∝exp(qVBE/kT)则ln(IC)∝(q/kT)VBE在描述ln(IC)~VBE关系的半对数坐标系中是斜率为(q/kT)的斜直线

3.β0随IC变化的物理原因分析(1)半对数坐标描述的β0-IC关系同理，IB=IpE+IRB-ICBO≈IpE+IRB∝exp(qVBE/kT)则ln(IB)∝(q/kT)VBE在描述ln(IB)~VBE关系的半对数坐标系中是斜率为(q/kT)的斜直线半对数坐标描述的I~VBE曲线称为Gummel曲线ln(β0)=ln(IC)-ln(IB)ln(IC)∝(q/kT)VBE

3.β0随IC变化的物理原因分析(1)半对数坐标描述的β0-IC关系ln(IC)∝(q/kT)VBEln(IB)∝(q/kT)VBE由ln(β0)=ln(IC)-ln(IB)半对数坐标中，IC~VBE以及IB~VBE关系曲线之间的垂直间距反映电流放大系数β0的大小lg(β0)

3.β0随IC变化的物理原因分析(2)BE势垒区复合与小电流下β0的下降(a)正偏BE结势垒区复合电流(IR)BE按照正偏pn结势垒区复合电流的分析结果，对BJT，正偏BE结中存在的势垒复合电流(IR)BE为：式中为描述BE结势垒复合作用的电流项。注意少子寿命τ0越短，则势垒复合电流越大。

3.β0随IC变化的物理原因分析(2)BE势垒区复合与小电流下β0的下降(b)(IR)BE对β0的影响由于存在(IR)BE，则流过BE结的总电流IE=InE+IpE+(IR)BE(IR)BE只在B-E电极间流动。IE中只有InE为有效注入电流因此注入效率为：式中δ称为复合因子（RecombinationFactor）显然δ1，因此势垒区复合导致注入效率下降，进而导致β0下降。

3.β0随IC变化的物理原因分析(2)BE势垒区复合与小电流下β0的下降(c)Gummel曲线上描述(IR)BE对β0的影响势垒区复合电流叠加在基极电流上。IC~VBE以及IC~VBE关系曲线之间的垂直间距明显减小，说明β0下降。IC越小，β0下降越严重。lg(β0)

3.β0随IC变化的物理原因分析(2)BE势垒区复合与小电流下β0的下降(d)改善BJT小电流β0特性的技术途径为了保证在小电流下晶体管，特别是低噪声前置放大器中的晶体管能正常工作，小电流下β0不应明显下降。势垒复合电流是小电流下β0下降的原因。因此改善小电流β0特性的主要技术途径是减小势垒复合电流。lg(β0)

3.β0随IC变化的物理原因分析(3)大注入效应与大电流下β0下降(a)BJT内部的大注入现象基区平衡多子空穴浓度比发射区多子电子浓度低得多。而注入到基区的少子电子电流比注入到发射区的少子空穴电流高得多，因此随着发射极电流IE的增加，首先可能发生大注入的是基区。下面主要讨论基区发生大注入对电流放大系数β0的影响。

3.β0随IC变化的物理原因分析(3)大注入效应与大电流下β0下降(b)大注入对β0的影响按照pn结大注入情况分析，特大电流时，半对数坐标中描述pn结电流与结电压Va关系的斜直线斜率从(q/kT)转变为(q/2kT)。BJT中如果基区出现大注入，InC与VBE的关系应采用大注入情况的表达式。则半对数坐标中描述IC与VBE关系的斜直线斜率从(q/kT)转变为(q/2kT)。lg(β0)

3.β0随IC变化的物理原因分析(3)大注入效应与大电流下β0下降(b)大注入对β0的影响IC~VBE以及IB~VBE关系曲线之间的垂直间距明显减小，说明β0下降。类似pn结情况，引出参数膝点电流IKF。若IC大于IKF，则大注入效应明显，β0下降严重。lg(β0)因此IKF是表征BJT大电流特性的重要参数。