半導(dǎo)體晶體管電路設(shè)計(jì)須知（一）

晶體管參數(shù)在實(shí)際使用中的意義

　　做模擬電路的工程師，都有過使用晶體管（場(chǎng)效應(yīng)管也是晶體管中的一種）、運(yùn)放的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。尤其是在設(shè)計(jì)時(shí)，更會(huì)對(duì)晶體管的一些電參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和考量。在測(cè)試時(shí)，許多人對(duì)晶體管電參數(shù)的實(shí)測(cè)值與規(guī)格書所提供的規(guī)范值，為什么會(huì)有很大差異，感到不可思議。有時(shí)，一些工程師會(huì)用實(shí)測(cè)值來(lái)要求供應(yīng)商，也有一些工程師會(huì)把一些特殊參數(shù)作為常規(guī)參數(shù)進(jìn)行處理。這樣的后果就是整機(jī)產(chǎn)品一致性、重復(fù)性差，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，更有甚者是在生產(chǎn)中出現(xiàn)大量損壞電子元器件的異常。此時(shí)，許多工程師都會(huì)把眼光釘住那些損壞的晶體管上，以為是晶體管的質(zhì)量問題，導(dǎo)致的異常。殊不知晶體管的損壞，只是一個(gè)表面現(xiàn)象，而深層次的原因，往往是設(shè)計(jì)師自己造成的。引起這些問題的原因有很多，對(duì)工程師而言，在選用元器件時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體器件電參數(shù)的片面理解，或許是個(gè)重要因素。

　　晶體管的電參數(shù)，在常規(guī)情況下可分為極限參數(shù)、直流參數(shù)（DC）、交流參數(shù)（AC）等。但在實(shí)際的使用中，我發(fā)現(xiàn)還有許多想測(cè)而無(wú)法測(cè)量到的參數(shù)，為使工作方便，我便稱其為“功能參數(shù)”。分別述之：

　　一、極限參數(shù)

　　所謂極限參數(shù)，是指在晶體管工作時(shí)，不管因何種原因，都不允許超過的參數(shù)。這些參數(shù)常規(guī)的有三個(gè)擊穿電壓（BV）、最大集電極電流（Icm）、最大集電極耗散功率（Pcm）、晶體管工作的環(huán)境（包括溫度、濕度、電磁場(chǎng)、大氣壓等）、存儲(chǔ)條件等。在民用電子產(chǎn)品的應(yīng)用中，基本只關(guān)心前三個(gè)。

　　1、晶體管的反向擊穿電壓

　　定義：在被測(cè)PN結(jié)兩端施加連續(xù)可調(diào)的反向直流電壓，觀察其PN結(jié)的電流變化情況，當(dāng)PN結(jié)的反向電流出現(xiàn)劇烈增加時(shí)，此時(shí)施加到此PN結(jié)兩端的電壓值，就是此PN結(jié)的反向擊穿電壓。

　　每個(gè)晶體管都有三個(gè)反向擊穿電壓，分別是：基極開路時(shí)集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓（BVceo）、發(fā)射極開路時(shí)集電極—基極反向擊穿電壓（BVcbo）和集電極開路時(shí)基極—發(fā)射極反向擊穿電壓。

　　此電參數(shù)對(duì)工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義是：決定了晶體管正常工作的電壓范圍。

　　由此電參數(shù)的特性可知，當(dāng)晶體管在工作中出現(xiàn)擊穿狀態(tài)，將是非常危險(xiǎn)的。因此，在設(shè)計(jì)中，都給晶體管工作時(shí)的電壓范圍，留有足夠的余量。實(shí)際上，當(dāng)晶體管長(zhǎng)期工作在較高電壓時(shí)（晶體管實(shí)測(cè)值的60%以上），其晶體管的可靠性將會(huì)出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的下降。有興趣的可以參考《電子元器件降額準(zhǔn)則》。

　　許多公司在對(duì)來(lái)料進(jìn)行入庫(kù)檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，一些品種的反向擊穿電壓實(shí)測(cè)值要比規(guī)格書上所標(biāo)的要大出許多。這是怎么回事呢？

　　晶體管在生產(chǎn)制造過程中，與一些我們常見的生產(chǎn)完全不一樣。在晶體管的生產(chǎn)過程中，可以分成二大塊：芯片制造和封裝。在工程分類中，習(xí)慣把芯片制造統(tǒng)稱為 “前道”，而把封裝行業(yè)統(tǒng)稱為“后道”。在前道生產(chǎn)中，從投料開始選原材料，到芯片出廠，一切控制數(shù)據(jù)，給出的都是范圍。芯片在正常生產(chǎn)時(shí)，投料的最小單位是“編號(hào)批”，每批為24或25片4英寸到8英寸直徑的園片。就以4寸片為例，每片可出合格的晶體管只數(shù)少則上千，多則可近10萬(wàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，最小生產(chǎn)單位是“擴(kuò)散批”，一個(gè)擴(kuò)散批所投的園片從150片到250片之間。可以想象出，在芯片的前道生產(chǎn)中，每次投料，對(duì)以單只來(lái)計(jì)算的晶體管而言，是一個(gè)什么樣的數(shù)量概念。不說別的，要讓一個(gè)擴(kuò)散批所有的材料，具有相同的電特性（這里，也可以說是硅片的電阻率），是不可能的。加上硅片中，不可避免的會(huì)有一些固有的缺陷（半導(dǎo)體晶格的層錯(cuò)和位錯(cuò)），使得在幾乎相同環(huán)境中生產(chǎn)出的同一品種的晶體管，不可能具有完全相同的電特性。這樣只能給出一個(gè)大家都能接受的范圍，這就是產(chǎn)品規(guī)格書。

　　為了提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)在許多芯片廠都把芯片的“免測(cè)率”作為生產(chǎn)線工序能力的一項(xiàng)重要考核指標(biāo)。所謂的“免測(cè)”，是指產(chǎn)品的參數(shù)靠設(shè)計(jì)、工序控制來(lái)達(dá)到，加工結(jié)束后，通過抽測(cè)部分相關(guān)點(diǎn)的參數(shù)，來(lái)判斷此片的質(zhì)量情況。當(dāng)此片的抽測(cè)