Xie Meng-xian.  (电子科大，成都市)

* ——低频小功率BJT：

        作为一只普通的低频小功率BJT，首先就是要求它具有较好的放大功能，即有较大的电流放大系数β。为了提高BJT的β，需要从增大其发射结注射效率和增大其基区输运系数这两个方面来加以考虑。

        增大发射结注射效率的主要措施是：提高发射区与基区的电导率之比（即提高发射区的掺杂浓度和降低基的区掺杂浓度）；减少发射结势垒区表面和体内的复合中心。

        增大基区输运系数的主要措施是：减小基区宽度；减少基区的表面和体内的复合中心（即增长基区中的少数载流子寿命）；在基区中设置加速少数载流子运动的电场。

        减小基区宽度是极其重要的一个措施。实际上，这不仅可以降低少数载流子在扩散通过基区过程中的复合，以增大基区输运系数；而且也可以增大基区中的少数载流子浓度梯度，使得发射结注射效率增大。

        发射结势垒区表面和体内的复合中心对于BJT的小电流性能的影响是很大的，这往往就是造成BJT小电流β较低的一个重要原因。

        对于采用氧化-双扩散技术制作的Si平面BJT，在其基区中总是存在着由于掺杂不均匀而产生的加速电场，因此也都属于所谓漂移晶体管。

        这里需要特别注意的问题是：

        ①Eearly效应～ 因为在基区宽度较窄、掺杂浓度较低时，容易出现Eearly效应。该效应将使得BJT的输出电阻下降，并导致晶体管的电压增益减小。所以BJT的基区宽度和掺杂浓度要适当，应该既要保证有大的β，又要有尽量小的Eearly效应。

        ②发射区禁带宽度变窄效应～ 如果发射区的掺杂浓度过高，将会由于简并化而使半导体的禁带宽度变窄。这就会造成发射结注射效率降低。所以BJT发射区的掺杂浓度也要适当，过高和较低都不合适。

* ——高频小功率BJT：

        在设计高频小功率BJT时，主要是考虑在保证具有足够大β的前提下如何提高特征频率fT的问题。因此，这里需要解决的主要矛盾就是提高β与提高fT之间的矛盾。

        提高fT需要采取的措施主要就是減短决定fT的4个时间常数：基区渡越时间，发射结势垒电容的充、放电时间，集电结势垒电容的充、放电时间，集电结势垒区渡越时间。所以，减小基区宽度和减小各个p-n结势垒电容、减小各个电阻（基极电阻和各个电极的串联电阻）是提高fT的基本途径。

        这里需要特别注意折中考虑的问题是：如果基区宽度过窄，将会增大基极电阻、加剧Eearly效应和容易出现穿通现象；提高基区掺杂浓度，可以减小基极电阻和减弱Eearly效应，但是将降低β；降低发射区掺杂浓度，虽然可以减小发射结势垒电容，但是却要降低发射结注射效率和增大发射极串联电阻；为了减小集电结势垒电容而降低基区、集电区掺杂浓度时，将会使集电结势垒厚度增大，导致载流子渡越集电结势垒区的时间增长和晶体管Eearly效应加剧。可见，对于高频小功率晶体管，在提高β与增大Eearly电压VA而采取的措施方面是存在一定矛盾的，正因为如此，可用βVA乘积的大小来表征BJT的高频性能。

* ——低频大功率BJT：

        在设计低频大功率BJT时，主要是考虑在保证具有足够大β的前提下如何提高输出功率的问题。这一方面要求晶体管能够承受较大的直流（电源）功率，另一方面要求晶体管的工作效率高（能量损失少）。

        采取的措施主要是：①增大集电极电流IC，这需要避免Kirk效应，即要求提高集电区掺杂浓度和减小集电区厚度；②为了增大集电极电流IC，也需要避免发射结电流集边效应，即要求适当增大基区宽度和提高掺杂，以减小基极电阻；③增大集电极电压VC，这要求提高集电结耐击穿的能力；④很好散热，这要求减薄Si片和封装良好，以降低热阻。

        这里需要解决的主要矛盾是提高β与增大电流、电压之间的矛盾。因为当IC较大时，β将由于Kirk效应而下降（存在一个最大集电极电流ICM）；当VC较大时，将可能产生击穿或穿通效应。特别要注意考虑的问题是：①在提高电流和电压时，不要超出BJT的安全工作区（即电流和电压要限制在二次击穿线范围以内，并且IC<ICM，VC<BVCBO）；②减弱Kirk效应以增大集电极电流时，需要兼顾到集电极电压的提高，即集电区掺杂浓度和集电区厚度不能过于减小，以防止集电结击穿和集电极穿通；③在增大基区宽度和提高掺杂来避免发射结电流集边效应时，需要兼顾到放大系数的提高；④增大发射极周长和减小发射结面积，以增大IC。

* ——高频大功率BJT：

        在设计高频大功率BJT时，主要是考虑在保证具有足够大β的前提下如何提高工作频率和提高输出功率的问题。

        需要折中考虑的主要问题有三个：①解决提高β与提高fT之间的矛盾；②解决提高β与增大直流功率之间的矛盾；③解决提高fT与增大直流功率之间的矛盾。

        采取的措施：①高频小功率BJT中提高fT的措施（主要是減短4个时间常数）；②低频大功率BJT中提高IC和VC的措施；③克服Kirk效应（避免β和fT下降）的措施。

* ——高频低噪声BJT：

        在设计高频低噪声BJT时，主要是考虑在保证具有足够大β的前提下如何提高工作频率和降低噪声的问题。

        由于提高β和提高fT正是降低噪声所要求的，因此这里需要解决的主要矛盾是提高β和提高fT之间的矛盾（与高频BJT的要求相同），只不过与此同时还需要特别考虑减小基极电阻以降低热噪声（这与提高β和fT之间存在一定的矛盾）。

        需要折中考虑的主要问题是：①減短4个时间常数，以提高fT；②提高基区掺杂和增大基区宽度，以减小基极电阻rb（这将降低β和fT）。

* ——高速开关BJT：

        在设计高速开关BJT时，主要是在保证具有一定β的前提下考虑两个方面的性能要求：①开关速度要高；②饱和压降要低。开关速度主要决定于关断过程的存储延迟时间的长短，所以減短存储时间是提高开关速度的基本途径；饱和压降主要决定于集电极串联电阻的大小，所以设计好低电阻的集电区是降低饱和压降的重要措施。

        需要着重考虑的问题是：①由于影响存储延迟时间的主要因素是存储在集电区和基区中的过量少数载流子数量，因此，为了減短存储时间，就需要减小集电区厚度、減短集电区中少数载流子的寿命、减小集电结面积和提高集电区掺杂浓度；对于基区也可作同样的考虑，但基区中的少数载流子寿命不可降低，否则要影响晶体管的β等性能。不过，在Si npn-BJT中掺Au，正好有较多的Au原子集中到较低掺杂的n型集电区中，而进入基区的很少，从而对晶体管的β影响不大。②为了提高开关速度，其次还需要减小各个p-n结的势垒电容、扩散电容和相应的电阻，以減短开关过程中的上升时间和下降时间（在这一点上，开关BJT与高频BJT的要求是一致的，正因为如此，高速开关管的fT一定是较高的）。③减薄集电区厚度和提高集电区掺杂浓度，以降低BJT的饱和压降。

        需要折中考虑的问题有如：①在提高开关速度和减小集电区串联电阻（即降低饱和压降）方面，对于集电区厚度和集电区掺杂浓度的要求是一致的，但是却与提高BJT耐压的要求恰恰相反，因此在减小集电区厚度和提高集电区掺杂浓度时，需要顾及到耐压的提高。为此，往往采用外延结构的衬底片来协调这种矛盾。②减小结面积（特别是集电结面积），可提高开关速度，但是需要兼顾到晶体管的电流容量。③减薄基区有利于減短上升时间和下降时间，同时也可提高fT，但是需要兼顾到晶体管的耐压，避免基区穿通。

        值得注意的是，开关晶体管的放大系数也不能太小，否则驱动电路太大（因为晶体管的临界驱动电流与电流放大系数成反比），难以开启晶体管，影响到开关速度。