集成NPN晶體管的beta值
發布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數:2191
晶體管的電流放大能力等于集電極電流比上基極電流。這個比值有很多名字,包括電流增益和beta。不同的作者又對它也使用不同的符號,包括β和hfe。一個典型的集成npn晶體管的beta值是大約等于150。某些特殊的器件的beta的值可能超過10000。晶體管的beta取決于圖1.20中的兩種復合過程。
基極復合主要發生在兩個耗盡區之間的基極區,這個區叫neutral base 區。有三個因素影響基極區的復合率:neutral base的寬度,基區摻雜和復合中心的濃度。薄的基區縮短了少數載流子需要穿越的距離,同時也降低了復合的可能性。同樣的,輕摻雜的基區因為較低的多數載流子的濃度而使復合的可能性降低。gummel number qb能同時反應這些效果。它是通過沿著橫貫neutral base區的一條線集成雜質原子濃度計算出來的。在均勻摻雜的情況下,gummel number等于基區雜質濃度乘以neutral base的寬度。beta 和gummel number成反比。
晶體管的開關速度主要和基區中能多快地去除過剩少數載流子有關。去除的方法要么通過基極引線端要么通過復合。有時故意在雙極型晶體管中摻雜金來增加復合中心的數量。提高的復合率能幫助加快晶體管的開關速度,但它也同時降低了晶體管的beta。由于低beta,很少有模擬集成電路中用摻雜金工藝的。
雙極型晶體管通常用輕摻雜的基極和重摻雜的發射極。這么做是為了保證大多數的穿過基極-發射極結的由載流子組成的電流能從發射極注入基極,而不是相反。重摻雜提高了發射極的復合率,但這個效果有限因為只有很少的載流子被注入發射極。注入發射極的電流和注入基極電流的比值被稱為emiter injection efficiency。
大多數npn晶體管使用寬的,輕摻雜的集電極,重摻雜的發射極和薄的,適度摻雜的基極。輕摻雜的集電極在neutral base中能形成一個寬的耗盡區。這樣就能不用雪崩擊穿集電極-基極結而獲得一個比較高的集電極工作電壓。不對稱摻雜的發射極和集電極也解釋了為什么雙極型晶體管在對調這兩端后會工作不正常。(9 這個僅僅是部分的原因,當它處于reverse active模式時有效基區寬度也增大了。)beta為150的典型的集成npn晶體管的reverse beta小于5。這個差別主要是因為輕摻雜的集電極代替重摻雜的發射極引起的劇烈的emitter injection efficiency的降低。
beta也和集電極電流有關。beta會因為低的漏電流和耗盡區的低復合率而降低。當有適當的電流時,這些因素就不重要了,晶體管的beta上升到一個以上討論的機制決定的峰值。大的集電極電流產生high-level injection效應而使beta roll off。當基極中少數載流子的濃度接近多數載流子的濃度時,會有額外的多數載流子積累來維持電荷平衡。這些額外的基極多數載流子降低了emitter injection efficiency,反過來它又降低了beta。大多數晶體管工作在一個適度的電流下而避免beta roll-off, 但功率晶體管由于尺寸限制必須經常工作在high-level injection下。
pnp管和npn管很相似。相同尺寸和摻雜程度的pnp管的beta小于npn管,因為空穴的移動能力比電子低。多數情況下,pnp管的表現很差,因為npn管有做過優化,而pnp沒有。比如,npn管基極區的材料經常被用來制造pnp管的發射極。因此最終的發射極相對來說都是輕摻雜的,emitter injection efficiency很低,在適當的電流狀態下也會發生high-level injection。除了這些缺點,pnp管也是非常有用的器件,大多數雙極型工藝也能生產他們。
晶體管的電流放大能力等于集電極電流比上基極電流。這個比值有很多名字,包括電流增益和beta。不同的作者又對它也使用不同的符號,包括β和hfe。一個典型的集成npn晶體管的beta值是大約等于150。某些特殊的器件的beta的值可能超過10000。晶體管的beta取決于圖1.20中的兩種復合過程。
基極復合主要發生在兩個耗盡區之間的基極區,這個區叫neutral base 區。有三個因素影響基極區的復合率:neutral base的寬度,基區摻雜和復合中心的濃度。薄的基區縮短了少數載流子需要穿越的距離,同時也降低了復合的可能性。同樣的,輕摻雜的基區因為較低的多數載流子的濃度而使復合的可能性降低。gummel number qb能同時反應這些效果。它是通過沿著橫貫neutral base區的一條線集成雜質原子濃度計算出來的。在均勻摻雜的情況下,gummel number等于基區雜質濃度乘以neutral base的寬度。beta 和gummel number成反比。
晶體管的開關速度主要和基區中能多快地去除過剩少數載流子有關。去除的方法要么通過基極引線端要么通過復合。有時故意在雙極型晶體管中摻雜金來增加復合中心的數量。提高的復合率能幫助加快晶體管的開關速度,但它也同時降低了晶體管的beta。由于低beta,很少有模擬集成電路中用摻雜金工藝的。
雙極型晶體管通常用輕摻雜的基極和重摻雜的發射極。這么做是為了保證大多數的穿過基極-發射極結的由載流子組成的電流能從發射極注入基極,而不是相反。重摻雜提高了發射極的復合率,但這個效果有限因為只有很少的載流子被注入發射極。注入發射極的電流和注入基極電流的比值被稱為emiter injection efficiency。
大多數npn晶體管使用寬的,輕摻雜的集電極,重摻雜的發射極和薄的,適度摻雜的基極。輕摻雜的集電極在neutral base中能形成一個寬的耗盡區。這樣就能不用雪崩擊穿集電極-基極結而獲得一個比較高的集電極工作電壓。不對稱摻雜的發射極和集電極也解釋了為什么雙極型晶體管在對調這兩端后會工作不正常。(9 這個僅僅是部分的原因,當它處于reverse active模式時有效基區寬度也增大了。)beta為150的典型的集成npn晶體管的reverse beta小于5。這個差別主要是因為輕摻雜的集電極代替重摻雜的發射極引起的劇烈的emitter injection efficiency的降低。
beta也和集電極電流有關。beta會因為低的漏電流和耗盡區的低復合率而降低。當有適當的電流時,這些因素就不重要了,晶體管的beta上升到一個以上討論的機制決定的峰值。大的集電極電流產生high-level injection效應而使beta roll off。當基極中少數載流子的濃度接近多數載流子的濃度時,會有額外的多數載流子積累來維持電荷平衡。這些額外的基極多數載流子降低了emitter injection efficiency,反過來它又降低了beta。大多數晶體管工作在一個適度的電流下而避免beta roll-off, 但功率晶體管由于尺寸限制必須經常工作在high-level injection下。
pnp管和npn管很相似。相同尺寸和摻雜程度的pnp管的beta小于npn管,因為空穴的移動能力比電子低。多數情況下,pnp管的表現很差,因為npn管有做過優化,而pnp沒有。比如,npn管基極區的材料經常被用來制造pnp管的發射極。因此最終的發射極相對來說都是輕摻雜的,emitter injection efficiency很低,在適當的電流狀態下也會發生high-level injection。除了這些缺點,pnp管也是非常有用的器件,大多數雙極型工藝也能生產他們。
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