双极型晶体管电流增益温度特性的研究

　　由两个背靠背PN结构成的以获得电压、电流或信号增益的晶体三极管。起源于1948年发明的点接触晶体三极管，50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。

　　特点

　　输入特性曲线：描述了在管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的关系称为输入伏安特性，可表示为： 硅管的开启电压约为0.7V，锗管的开启电压约为0.3V。

　　输出特性曲线：描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系可表示为：

　　双极型晶体管输出特性可分为三个区

　　★截止区：发射结和集电结均为反向偏置。IE@0，IC@0，UCE@EC，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这个状态相当于断开状态。

　　★饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控制，管子失去放大作用，UCE@0，IC=EC/RC，把三极管当作一个开关，这时开关处于闭合状态。

　　★放大区：发射结正偏，集电结反偏。

　　放大区的特点是：

　　◆IC受IB的控制，与UCE的大小几乎无关。因此三极管是一个受电流IB控制的电流源。

　　◆特性曲线平坦部分之间的间隔大小，反映基极电流IB对集电极电流IC控制能力的大小，间隔越大表示管子电流放大系数b越大。

　　◆伏安特性最低的那条线为IB=0，表示基极开路，IC很小，此时的IC就是穿透电流ICEO。

　　◆在放大区电流电压关系为：UCE=EC-ICRC， IC=βIB

　　◆在放大区管子可等效为一个可变直流电阻。极间反向电流：是少数载流子漂移运动的结果。

　　。集电极－基极反向饱和电流ICBO ：是集电结的反向电流。

　　集电极－发射极反向饱和电流ICEO ：它是穿透电流。

　　ICEO与CBO的关系：

　　特征频率 ：由于晶体管中PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数会随工作频率的升高而下降，当 的数值下降到1时的信号频率称为特征频率 。

　　

　　双极型晶体管极限参数

　　★最大集电极耗散功率 如图所示。

　　★最大集电极电流 ：使b下降到正常值的1/2～2/3时的集电极电流称之为集电极最大允许电流。

　　★极间反向击穿电压：晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电压，超过此值的管子会发生击穿现象。温度升高时，击穿电压要下降。

　　

　　

　　理论分析

　　

　　

　　

　　实验与分析

　　实验工作包括：

　　1.大数量，多品种地测量了硅高频中小功率晶体管在不同温度下IC·IB与VBB的关系曲线。

　　2.求出了ΔEg和你值。

　　3.测定了发射去的基区少数载流子迁移率的温度关系。

　　4.研究了版图，掺杂浓度hfe温度特性的影响

　　

　　

　　实验中采用了精度高、温度分布均匀的恒温装置，在4 小时内温度波动小于士0.5C。为尽量减小晶体管功耗造成的自升温的影响，测试过程中保持VCB 为0伏。

　　有关实验结果如下：

　　1.禁带变窄量0Eg 对hpe温度特性的影响，参见图1和图2。从中可以看出，OEg愈大（发射区掺杂愈重），hpz随温度变化愈快，其温度系数B和低温下降

　　

　　

　　

　　

　　以上实验证明了基极电流非理想因子n对hpg 温度特性确有明显的影响。实验还发现n值与发射区图形有关。

　　这些实验结果与前述理论分析一致，因此，以确信增加n 值对改善hpr 温度特性行之有效。当然，n 值增加要适当，以保证hpe（Ic）的良好线性。

　　为了考查OEza 的物理意义，将图2的测试数据按照LTF-OEg.关系重画于图5。可以看出，LTF 数据点的分布比图2 （LTF-OEg）更有规律性，即LTF 随OEg.的减小而迅速下降。这再次说明了在hpe（T）表达式中，用OEga 取代OEg是正确的，，它综合反映了OEg和n值两方面的影响。

　　图6给出了分别按式（2）、（3）和（13）计算的hpz（T）/hpe（T）温度特性曲线B、D、C，及它们与实测曲线A 的比较。

　　可以看出，计及非理想因子n 的式（13） 与实测值最相近。