有效基区扩展效应,通常被称为Kirk效应,是双极型晶体管(BJT)在大电流密度工作时的一种现象。当BJT在高电流密度下工作时,由于大量的载流子(电子和空穴)注入,导致中性基区的宽度增加,这种现象会对晶体管的性能产生显著影响。

在正常情况下,BJT的基区是一个窄的、掺杂浓度较低的区域,其宽度在没有电流流过时是固定的。然而,当集电极电流密度Jc增加到一定程度时,由于注入的电子浓度很大,即使在基区尾部、集电结势垒边缘处,电子浓度并不为零。这导致集电结的负空间电荷层变窄,正空间电荷层变宽,从而使中性基区变宽。

Kirk效应的主要影响包括:

1. 基区体积增大:由于基区展宽,存储在基区的少子电荷数量增加,导致开关速度下降。

2. 电流放大系数下降:基区宽度的增加导致电流放大系数(β)降低,限制了晶体管的工作电流。

3. 频率特性变差:少子渡越基区的时间增长,导致器件的频率特性变差,影响其高频应用性能。

Kirk效应是造成BJT在大电流工作时β下降和特征频率fT下降的主要原因。在设计高频大功率BJT时,减小或防止Kirk效应是很重要的。主要的解决措施包括限制集电极电流密度Jc,提高集电区的掺杂浓度,减小集电区的厚度,以及设定集电极最大允许工作电流。

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