晶体管原理与设计PDF电子书下载

第一章 PN结的电流－电压特性 2

一、平衡PN结 2

1．PN结空间电荷区的形成 2

目 录 2

2．平衡PN结的势垒——接触电势差 3

3．平衡PN结的载流子浓度分布 5

二、PN结的正向特性 6

1．正向注入效应 6

2．正向PN结的边界少子浓度和少子浓度分布 7

第九章晶体管的可靠性 8

一、晶体管的可靠性概要 32 8

3．正向PN结的电流转换与传输 8

4．PN结正向电流公式 9

5．正向PN结空间电荷区复合电流 12

1．反向抽取作用 15

三、PN结反向特性 15

2．反向PN结的扩散电流 16

3．反向PN结空间电荷区产生电流 20

4．表面对PN结反向电流的影响 22

附录Ⅰ—1 关于平衡PN结费米能级处处相同的证明 25

附录Ⅰ—2平衡PN结接触电势差公式的推导 26

附录Ⅰ—3平衡PN结载流子浓度分布的讨论 27

附录Ⅰ—4正向PN结边界少子浓度公式的推导 29

附录Ⅰ—5正向PN结少子浓度分布公式的推导 32

附录Ⅰ—6 PN结大注人效应 33

附录Ⅰ—7反向PN结边界少子浓度公式的推导 37

第二章PN结的空间电荷区、势垒电容和击穿 39

一、PN结空间电荷区 39

1．空间电荷区中的电场 39

2．PN结空间电荷区宽度 43

3．缓变结的空间电荷区 46

二、PN结的势垒电容 58

1．两种电击穿机构 62

三、PN结的击穿 62

2．雪崩碰撞电离率 65

3．突变结雪崩击穿电压与原材料电阻率的关系 68

4．雪崩击穿电压与半导体层厚度的关系 70

5．缓变结的击穿电压 73

6．扩散结结深对击穿电压的影响 77

附录Ⅱ—1 用泊松方程求解突变结空间电荷区的电场分布和 82

空间电荷区宽度 82

附录Ⅱ—2线性缓变结的电场分布与空间电荷区宽度分析 85

附录Ⅱ—3求扩散结杂质浓度梯度α的图表及方法 87

附录Ⅱ—4雪崩击穿条件的推导 88

一、晶体管的构成 91

第三章晶体管的电流放大特性 91

二、晶体管的电流传输机构 93

1．载流子输运过程 93

2．电流传输机构 95

三、晶体管直流短路电流放大系数 97

1．晶体管直流短路电流放大系数定义 97

2．描述晶体管电流放大性能的中间参量 99

1．电流放大系数与哪些参量有关 101

四、直流电流放大系数的简单分析 101

2．发射结空间电荷区复合和基区表面复合对电流放大系数的影响 106

3．β0的公式和β0与收集极电流的关系 109

4．生产实际中如何控制α0或β0 111

1．共基极连接的直流特性曲线族 112

五、晶体管的直流特性曲线族 112

2．共发射极连接的直流特性曲线族 113

附录Ⅲ—1收集结倍增因子和收集区倍增系数 115

1．收集结倍增因子M 115

2．收集区倍增系数α 116

1．均匀基区晶体管的直流放大理论 117

附录Ⅲ—2晶体管的直流放大理论 117

2．扩散晶体管的电流放大系数 122

第四章晶体管的反向电流与击穿电压 129

一、晶体管的反向漏电流 129

1．Icbo和Iebo 129

2．Iceo 130

二、晶体管的反向击穿电压 132

1．发射极开路，收集极—基极反向击穿电压BVcbo 132

2．基极开路，收集极—发射极反向击穿电压BVceo 134

3．收集极开路，发射极—基极反向击穿电压BVebc 137

三、基区穿通对击穿电压BVcbo的限制 138

四、影响BVcbo的其他因素及其消除办法 139

1．结电场集中 140

2．表面电场集中 143

3．沟道效应 145

4．其他 146

附录Ⅳ—1 BVceR,BVcez,BVcex,BVces的涵义 147

第五章晶体管的频率特性 149

一、晶体管交流电流放大系数与频率参数简介 149

1．交流电流放大系数 149

2．晶体管的频率特性参数 150

二、晶体管电流放大系数随频率变化的物理原因 152

三、电流放大系数的频率关系 161

1．共基极短路电流放大系数α的频率关系和α截止频率 161

2．共发射极短路电流放大系数β的频率关系和β截止频率 164

四、晶体管的特征频率 166

1．fT与什么因素有关 166

2．影响fT的因素与提高fT的途径 169

3．fT与收集极电流和电压的关系 172

五、晶体管高频等效电路 174

1．发射结和发射区 174

2．收集结和收集区 177

3．基区 179

六、基极电阻 182

七、晶体管的功率增益和最高振荡频率 188

1．晶体管的功率增益和高频优值 188

2．晶体管的最高振荡频率 192

3．提高Kp或fM的途径 193

4．功率增益与收集极电流和电压的关系 194

八、高频低噪声晶体管 196

1．晶体管的噪声 196

2．高频低噪声晶体管举例——高频低噪声晶体管3DG51 204

第六章晶体管的大电流特性和高频大功率晶体管 211

一、收集极最大工作电流IcM 211

二、大电流时β0和fT下降的物理原因 214

1．β0和fT开始下降的物理原因——基区扩展效应 215

2．β0和fT开始下降的临界电流密度 221

三、发射极电流集边效应 224

1．发射极电流集边效应及其原因 224

2．发射极有效宽度 226

3．发射极有效长度 228

四、发射极单位周长的电流容量 230

五、改善大电流特性的几项措施 232

六、最大耗散功率PcM 233

七、二次击穿和安全工作区 237

1．二次击穿现象 237

2．发生二次击穿的原因及改善二次击穿性能的措施 238

3．晶体管安全工作区 245

1．高频大功率晶体管图形结构设计的主要矛盾的分析 247

八、高频大功率晶体管的图形结构 247

2．典型的图形结构 248

3．如何估算发射极总周长与发射结、收集结结面积之比值 252

4．三种基本图形结构的比较 254

5．其他图形结构简介 255

6．高频大功率晶体管图形设计中关于寄生电容和引线电感的考虑 258

九、晶体管管壳 259

第七章晶体管的开关特性和开关晶体管 265

一、晶体管的开关作用 265

1．饱和区 268

二、晶体管的饱和区和截止区 268

2．截止区 273

1．开关过程简介 275

三、晶体管的开关过程 275

2．延迟过程和延迟时间 276

3．上升过程和上升时间 280

4．超量存贮电荷的消失过程和存贮时间 285

5．下降过程和下降时间 290

6．提高晶体管开关速度的途径 293

四、晶体管的正向压降和饱和压降 297

2．Vces 299

1．Vbes 299

1．开关晶体管的主要参数 301

五、开关晶体管 301

2．开关晶体管设计中的若干问题 304

第八章晶体管设计 310

一、根据使用要求确定主要参数及其指标 310

二、纵向结构参数的确定 312

1．基区宽度Wb的确定 314

2．发射结和收集结结深的确定 314

3．外延层的电阻率和厚度的确定 315

5．淡基区（低掺杂基区的简称）扩散、发射区扩散的表面杂质浓度 317

4．浓基区（高掺杂基区的简称）扩散的结深和表面杂质浓度 317

三、横向结构参数的确定 318

1．图形结构的选定 318

3．单元图形尺寸的确定 319

2．发射区总周长Le的确定 319

4．镇流电阻的确定 322

5．内金属电极的确定 323

6．光刻板图形 323

四、主要电参数的估算 324

1．特征频率fT的估算 324

2．功率增益Kp的估算 326

1．可靠性的定义 328

3．晶体管的失效率 329

2．晶体管的失效方式 329

二、半导体表面及其对晶体管性能和可靠性的影响 332

1．siO2-Si系统电荷的情况和控制方法 332

2．表面电荷对半导体表面的影响 338

3．表面电荷对晶体管性能的影响 340

4．表面钝化 345

三、晶体管的可靠性与金属化层 352

四、晶体管的可靠性与半导体材料 356

1．硅单晶 356

3．加工处理对材料质量的影响 358

2．外延生长的单晶 358

五、影响晶体管可靠性的其他因素 359

1．氧化层缺陷对可靠性的影响 359

2．管芯裂纹对可靠性的影响 359

3．封装对可靠性的影响 359

4．后工序对可靠性的影响 360

六、可靠性试验及工艺筛选 360

1．可靠性试验的目的 361

2．可靠性试验的基本项目与内容 362

3．工艺筛选 365

总 附 录 367

附录一锗、硅、砷化镓本征载流子浓度与温度的关系 367

附录二300K时电阻率与杂质浓度的关系 368

附录三迁移率、扩散系数与杂质浓度的关系 369

附录四杂质在硅中的固体溶解度与温度的关系 370

附录五硅扩散层表面杂质浓度与扩散层平均电导率（或方块 371

电阻、结深）的关系曲线 371

附录六氧化层厚度与氧化时间和氧化温度的关系 388

附录七掩蔽磷、硼扩散所需氧化层厚度与扩散温度、时间的 389

关系 389

附录八杂质在锗、硅、砷化镓中的扩散系数 390

附录九PN结结深与扩散温度和扩散时间的关系 391

附录十300K锗、硅、砷化镓、二氧化硅的重要性质 392

附录十一硅与几种金属欧姆接触系数 393

附录十二常用物理常数表 393