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多结晶体管的埃伯斯-莫尔模型

内容:1 理想二极管的模型

1.1 pn结二极管的V-I特性

1.2 pn结二极管的V-I特性分析

1.3 典型硅pn结二极管的V-I特性

1.4 理想pn结模型

2 双结晶体管的E-M模型

2.1 双结晶体管的结构及电流定义

2.2 注入型E-M模型

2.3 其它模型

3 四层三结结构npn管的E-M模型

3.1 集成电路中npn管的四层三结结构及分析

3.2 四层三结结构中的电流分析

3.3 四层三结结构的E-M模型

4 掺金电路中晶体管的瞬态模型

4.1 四层三结结构的瞬态模型

4.2 掺金电路的瞬态摸型

课程重点:本节开始介绍了简单的硅二极管的伏安特性,从硅二极管的电流电压关系公式,分析了它的正向特性和反向特性,由正向特性分析中可知,此时电流的大小除了与结上的正向电压有关外还与结两侧搀杂浓度有关,从公式分析中表明,应与搀杂浓度小的一侧杂质浓度有关,从硅二极管的伏安特性曲线进而讨论了它的理想情况,引出了理想pn结模型。由单结模型扩展到双结晶体管E-M模型,从两种结构进行了分析,一种是当基区足够宽时,表现为两个互不干扰的pn结二极管结构 ,这时可用单结模型分析两结各自的伏安特性;另一种是当基区足够薄时,这时必须考虑两结的互作用,伏安特性分析可知,两结的结电流中除了各自的注入电流外还与相邻结注入电流被本结吸收的部分有关系,双结晶体管E-M模型是以后一种情况为依据建立的。进而又扩展到集成电路中的实际晶体管的四层三结结构的E-M模型,电路分析可知,一是多了一个pn结,二是认为npn管基区足够薄同时寄生pnp管基区(n型外延层)也足够薄,这样各结均要考虑相邻结的互作用,据此建立了四层三结结构晶体管的E-M模型。其中,重点是四层三结结构的E-M模型。在该模型中清晰的看到,由于寄生pn结的引入产生了寄生晶体管,而该寄生晶体管可影响集成电路的电性能,包括影响直流特性和瞬态特性。因为不希望寄生影响集成电路的直流特性,则根据上节的结论讨论了如何消除这种有源寄生的影响,建立了掺金电路的瞬态模型,该电路模型采取了如下措施:npn管集电区掺金;npn管集电区设置高浓度n型埋层;p型衬底的电极S极接电路最低电位,因此,该电路模型消除了有源寄生,去除了部分无源寄生。

课程难点:集成电路中晶体管的四层三结结构的直流E-M模型和瞬态

E-M模型的建立,该二模型的电流和电压分析,在该二模型中,有源寄生是如何影响集成电路直流特性和瞬态特性的分析。在应用其直流特性时,怎样可消除有源寄生的影响;而采用掺金工艺又如何可以简化瞬态模型。

基本概念:


1 αR-晶体管反向运用时共基极短路电流增益。

2 αF-晶体管正向运用时共基极短路电流增益。

3 注入型E-M模型-电路的端电流是以结的注入电流表述的。

4 传输型E-M模型-电路的端电流是以晶体管的少数载流子正向传输电流及晶体管的少数载流子反向传输电流表述的。

5 结电流-在E-M模型中流过结的电流,其大小与结电压有关,有方向性。

6 端电流-在E-M模型中的外端口流过的电流,是相关结电流的综合,也具有方向性。

基本要求:了解单结和双结结构的E-M模型,进而了解四层三结结构的E-M模型,清楚注入型E-M模型与其它类模型定义和本质上的区别。熟悉四层三结结构的直流E-M模型以及如何消除该模型中有源寄生的方法;了解四层三结结构的瞬态E-M模型,知道模型中影响瞬态特性的因素和集成电路制造中可能引入的影响瞬态特性的因素。熟悉直流模型V-I特性的电流和电压分析,熟知电流电压公式;熟知各种结构的E-M方程。



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