雙極型電晶體電流增益溫度特性的研究

　　由兩個背靠背PN結構成的以獲得電壓、電流或信號增益的晶體三極體。起源於1948年發明的點接觸晶體三極體，50年代初發展成結型三極體即現在所稱的雙極型電晶體。雙極型電晶體有兩種基本結構：PNP型和NPN型。在這3層半導體中，中間一層稱基區，外側兩層分別稱發射區和集電區。當基區注入少量電流時，在發射區和集電區之間就會形成較大的電流，這就是電晶體的放大效應。

　　特點

　　輸入特性曲線：描述了在管壓降UCE一定的情況下，基極電流iB與發射結壓降uBE之間的關係稱為輸入伏安特性，可表示為： 矽管的開啟電壓約為0.7V，鍺管的開啟電壓約為0.3V。

　　輸出特性曲線：描述基極電流IB為一常量時，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數關係可表示為：

　　雙極型電晶體輸出特性可分為三個區

　　★截止區：發射結和集電結均為反向偏置。IE@0，IC@0，UCE@EC，管子失去放大能力。如果把三極體當作一個開關，這個狀態相當於斷開狀態。

　　★飽和區：發射結和集電結均為正向偏置。在飽和區IC不受IB的控制，管子失去放大作用，UCE@0，IC=EC/RC，把三極體當作一個開關，這時開關處於閉合狀態。

　　★放大區：發射結正偏，集電結反偏。

　　放大區的特點是：

　　◆IC受IB的控制，與UCE的大小几乎無關。因此三極體是一個受電流IB控制的電流源。

　　◆特性曲線平坦部分之間的間隔大小，反映基極電流IB對集電極電流IC控制能力的大小，間隔越大表示管子電流放大係數b越大。

　　◆伏安特性最低的那條線為IB=0，表示基極開路，IC很小，此時的IC就是穿透電流ICEO。

　　◆在放大區電流電壓關係為：UCE=EC-ICRC， IC=βIB

　　◆在放大區管子可等效為一個可變直流電阻。極間反向電流：是少數載流子漂移運動的結果。

　　。集電極－基極反向飽和電流ICBO ：是集電結的反向電流。

　　集電極－發射極反向飽和電流ICEO ：它是穿透電流。

　　ICEO與CBO的關係：

　　特徵頻率 ：由於電晶體中PN結結電容的存在，電晶體的交流電流放大係數會隨工作頻率的升高而下降，當 的數值下降到1時的信號頻率稱為特徵頻率 。

　　

　　雙極型電晶體極限參數

　　★最大集電極耗散功率 如圖所示。

　　★最大集電極電流 ：使b下降到正常值的1/2～2/3時的集電極電流稱之為集電極最大允許電流。

　　★極間反向擊穿電壓：電晶體的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最高反向電壓即為極間反向擊穿電壓，超過此值的管子會發生擊穿現象。溫度升高時，擊穿電壓要下降。

　　

　　

　　理論分析

　　

　　

　　

　　實驗與分析

　　實驗工作包括：

　　1.大數量，多品種地測量了矽高頻中小功率電晶體在不同溫度下IC·IB與VBB的關係曲線。

　　2.求出了ΔEg和你值。

　　3.測定了發射去的基區少數載流子遷移率的溫度關係。

　　4.研究了版圖，摻雜濃度hfe溫度特性的影響

　　

　　

　　實驗中採用了精度高、溫度分布均勻的恆溫裝置，在4 小時內溫度波動小於士0.5C。為儘量減小電晶體功耗造成的自升溫的影響，測試過程中保持VCB 為0伏。

　　有關實驗結果如下：

　　1.禁帶變窄量0Eg 對hpe溫度特性的影響，參見圖1和圖2。從中可以看出，OEg愈大（發射區摻雜愈重），hpz隨溫度變化愈快，其溫度係數B和低溫下降

　　

　　

　　

　　

　　以上實驗證明了基極電流非理想因子n對hpg 溫度特性確有明顯的影響。實驗還發現n值與發射區圖形有關。

　　這些實驗結果與前述理論分析一致，因此，以確信增加n 值對改善hpr 溫度特性行之有效。當然，n 值增加要適當，以保證hpe（Ic）的良好線性。

　　為了考查OEza 的物理意義，將圖2的測試數據按照LTF-OEg.關係重畫於圖5。可以看出，LTF 數據點的分布比圖2 （LTF-OEg）更有規律性，即LTF 隨OEg.的減小而迅速下降。這再次說明了在hpe（T）表達式中，用OEga 取代OEg是正確的，，它綜合反映了OEg和n值兩方面的影響。

　　圖6給出了分別按式（2）、（3）和（13）計算的hpz（T）/hpe（T）溫度特性曲線B、D、C，及它們與實測曲線A 的比較。

　　可以看出，計及非理想因子n 的式（13） 與實測值最相近。

　

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