BJT(雙極型晶體管)的穿通電壓與雪崩擊穿電壓一道,都起著限制著晶體管最高工作電壓的作用(由該二者的最低值決定)。
晶體管的穿通,就是在外加反向偏壓還未達到集電結髮生雪崩擊穿時就出現了電流突然增大的一種現象,即提前發生「擊穿」的一種效應。BJT發生穿通時所對應的反向偏壓稱為穿通電壓。穿通效應產生的機理可區分為基區穿通、外延層穿通和缺陷造成的局部穿通等幾種,相應地就有不同的穿通電壓指標——基區穿通電壓、外延層穿通電壓和局部穿通電壓等。
① 基區穿通:
BJT的基區穿通就是集電結還未發生雪崩倍增時、集電結勢壘區就已經擴展到了整個基區(即基區寬度減小到0)的現象;這時在集電極與發射極之間的電壓值就是基區穿通電壓。基區穿通的發生是由於集電結反向電壓使得勢壘厚度增大、從而導致基區寬度變窄的結果。從能帶圖來看,在基區穿通以後,則電中性的基區消失了,整個基區就都成為了高電場的耗盡區,則發射區的電子就可以直接漂移到集電區,從而輸出很大的集電極電流——產生類似雪崩擊穿的現象;實際上,在基區穿通以後,集電結與發射結之間的電壓(等於[Vcb-Vbe])就可認為完全加在發射結上了,這就會使得發射結立即產生雪崩擊穿(擊穿電壓為BVceo)。所以,基區的穿通是伴隨有擊穿效應的,即穿通與擊穿同時存在。這時,穿通電壓可以根據
集電結近似為單邊突變結、還是近似為線性緩變結,並由耗盡層厚度來進行估算。顯然,對於基區摻雜濃度較低於集電區的合金晶體管和基區寬度較小的各種晶體管,在較高集電結電壓時容易發生的是基區穿通而非集電結雪崩擊穿。
② 外延層穿通:
對於n-p-n/n+雙擴散Si外延平面晶體管,由於基區摻雜濃度高於集電區,則在集電結的反向偏壓增大時,集電結勢壘區將較多的是向集電區擴展,則這時不會發生基區穿通(如果基區寬度不是太窄的話),但較容易的是發生外延層穿通(即集電結在發生雪崩擊穿前,集電結勢壘區即已擴展到低阻的n襯底表面,整個外延的集電區變成了勢壘區——耗盡層);在外延層穿通以後,集電結的反向電壓即完全加在了由p基區與n+襯底構成的p-n+結上(即加在整個耗盡了的外延層上),而該p-n+結兩邊的摻雜濃度都較高,因此很快就會發生雪崩擊穿。可見,該外延層穿通電壓也同樣限制著晶體管的耐壓性能。顯然,為了防止外延層穿通,就應該增大外延層的摻雜濃度及其厚度,使得在發生集電結雪崩擊穿之前不至於整個外延層全部耗盡(穿通)。
③局部穿通:
由於材料缺陷或者製造工藝不當等原因,若在發射結或集電結的結面上出現了「毛刺」,那麼也將同樣容易產生基區穿通或者外延層穿通。如果產生的是基區穿通,則可能會出現折線形的擊穿特性曲線(因為首先穿通時電流要經過狹窄的局部穿通區,故有一段電流隨電壓而線性增大的範圍;一直到反向電壓達到BVcbo時、使集電結髮生雪崩擊穿,集電極電流電流才急劇增大)。

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