因為電子從費米能級高位向低位流動,因此根據(jù)電子電流的流向很容易繪出費米能級的彎曲方向,這里將BJT發(fā)射極到集電極的導(dǎo)帶及價帶能帶示意圖繪制如圖所示。
費米能級彎曲的變化率(費米電勢梯度)所引起的電子電流為,
其中, ,因此歐姆電壓
就是費米電勢從
到
的積分。
下面,我們通過電子總電流
關(guān)系、多余空穴濃度分布
與邊界處空穴濃度
之間的關(guān)系,以及
與總電流
關(guān)系關(guān)系,即可準(zhǔn)確地推演出
與總電流
的關(guān)系。
上述過程可以通過將(6-6)以及(6-10)帶入(6-27),并稍作整理得到如下表達(dá)式,
需要注意的是,(6-28)中右邊積分項分布中沒有因為大注入假設(shè)而省去,否則當(dāng)
時會出現(xiàn)分母為0的情況。下面分別對(6-28)右邊兩項積分,分別將右邊第一項和第二項定義為
。
很容求積分,如下,
積分過程相對繁瑣,這里就不逐步進(jìn)行推演了,感興趣的讀者可以嘗試推導(dǎo)。
新定義為有效電子濃度,其表達(dá)式如下,
從而
可表達(dá)為,
從(6-31)可以看出 的物理意義,
表征了電導(dǎo)率,所以
可以理解為對電導(dǎo)率的修正,即電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。
的積分結(jié)果為(過程省略),
經(jīng)過前面的推導(dǎo),可以準(zhǔn)確地將
表達(dá)如下:
因此,由三個部分構(gòu)成,(6-33)右邊第一項為結(jié)電壓,第二項為經(jīng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的歐姆電壓 ,第三項為大注入下因電荷濃度分布而產(chǎn)生的擴(kuò)散電壓。
舉例,還是采用前面相同的物理結(jié)構(gòu)參數(shù),調(diào)整總電流濃度從
到
,觀察上述三個電壓構(gòu)成隨電流密度的變化趨勢,如圖所示。
可以看出,隨著電流密度的增加,結(jié)電壓變化幅度很小,電壓增長主要來自于部分。
結(jié)電壓和擴(kuò)散電壓存在明顯的飽和趨勢,而歐姆電壓則幾乎呈線性增長趨勢。讀者如果感興趣,可以嘗試改變遷移率等其他變量,觀察不同電壓構(gòu)成隨電流密度的變化趨勢。
至此,我們完整地建立了穩(wěn)態(tài)下電壓、電流與電荷濃度分布之間的關(guān)系,它們將作為下面瞬態(tài)分析的初始條件。
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