半导体器件和工艺模拟：使用Silvaco设计构建PNP与NPN型BJT双极晶体管并分析特性

半导体器件和工艺模拟

使用Silvaco设计构建PNP与NPN型BJT双极晶体管并分析特性

**第一步：**使用SILVACO软件设计一个PNP管，进行相应的工艺模拟与器件模拟，要求输出Gummel曲线及IC——VCE特性曲线，并调整相关参数，观察并分析各关键工艺步骤对晶体管性能的影响。

一、用工艺软件ATHENA制作的PNP基本结构：

二、PNP型三极管Gummel曲线：

四、特性分析：

由图可知，PNP型三极管基极导通电压Vbe约为-0.1V。三极管工作在放大状态时Vbe约为-0.1V到-0.5V之间。同时从输出特性曲线可知，当管子饱和时，饱和管压降较小,Vces 约为-0.6V。它与NPN 型硅三极管相比,不仅电压、电流方向不同，而且导通电压数值较小。利用这些特点，可以很容易地在电路中区分出PNP型三极管。

五、实验程序与详细注释：

**第二步：**使用SILVACO软件设计一个NPN管，进行相应的工艺模拟与器件模拟，要求输出Gummel曲线及IC——VCE特性曲线，并调整相关参数，观察并分析各关键工艺步骤对晶体管性能的影响。

一、用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构：

二、NPN型三极管Gummel曲线：

四、特性分析：
由图可知，当Ib改变时，Ic和Vce的关系是一组平行的曲线族，并有截止、放大、饱和三个工作区。

1、截止区：此时晶体管的集电结处于反偏，发射结电压Vbe＜0处于反偏，由于Ib＝0，在反向饱和电流可忽略的前提下，Ic=βIb也等于0，晶体管无电流的放大作用。

2、放大区：工作在放大区的三极管有电流的放大作用，此时三极管的发射结正偏，集电结反偏，由输出特性曲线可见，当Ib等量变化时，Ic几乎也按一定比例等距离平行变化，此时三极管可近似看做一个输出电流Ic受Ib控制的受控电流源。

3、饱和区：当集电极电流Ic增大时，Vce=Vcc-Rc将下降，对于硅管，当Vce 降低到小于0.7V时，集电结进入正向偏置的状态，集电极吸引电子的能力将下降，此时即使Ib再增大，Ic也几乎不再增大了，三极管失去了电流放大作用。这种状态下，三极管为饱和状态。

通过上述两个选做题的实践与分析可看出，NPN型三极管的输出特性曲线和PNP型三极管的输出特性曲线是一组关于原点对称的图象。它们电压、电流方向不同，而且PNP三极管导通电压数值较小，利用这些特点可以实现特殊要求的电路。

五、实验程序与详细注释：