二極管和三極管的截止頻率及半導(dǎo)體器件物理綜合試題的解答

　　二極管的截止頻率：

　　對(duì)于 pn 結(jié)二極管和肖特基二極管，由于存在勢(shì)壘電容，所以隨著信號(hào)頻率的增高，其阻抗下降；當(dāng)阻抗的大小降低到不能吸收或只能吸收很少的信號(hào)能量時(shí)，該二極管即達(dá)到了最高的工作頻率——截止頻率。作為確定截止頻率的標(biāo)準(zhǔn)，可以采用二極管串聯(lián)電阻所消耗的能量來(lái)比較，即當(dāng)“二極管高頻阻抗的大小=串聯(lián)電阻”時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率即為截止頻率 fT。 fT 的高低與勢(shì)壘電容 Cj 有關(guān)，還決定于二極管的高頻電阻 rd 和串聯(lián)電阻 rs 的相對(duì)大?。喝绻?rs 很?。╮s 《《 rd），則 fT 最高，為 fT = 1/（ 2πCj rs ）；相反，如果 rd 很?。╮s 》》 rd），則 fT 最低，為 fT = 1/（2πCj rd）。

　　三極管的截止頻率： 不管是 BJT 還是 FET，它們的截止頻率（特征頻率）fT 都是根據(jù)同樣的原理來(lái)確定的。與二極管一樣，由于存在電容效應(yīng)（對(duì)于 BJT，除了勢(shì)壘電容以外，還有少數(shù)載流子渡越基區(qū)的影響——擴(kuò)散電容效應(yīng)），所以隨著信號(hào)頻率的增高，它們的輸入阻抗下降，使得輸出信號(hào)電流越來(lái)越小，當(dāng)輸出信號(hào)電流降低到等于輸入信號(hào)電流（即電流增益 b=1）時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率即為器件的截止頻率 fT。

　　BJT 的 fT 主要決定于四個(gè)時(shí)間常數(shù)，即發(fā)射結(jié)電容的充放電時(shí)間、基區(qū)渡越時(shí)間、集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的渡越時(shí)間以及集電結(jié)電容的充放電時(shí)間。為了提高 fT，就需要降低這四個(gè)時(shí)間常數(shù)。一般的 BJT，決定 fT 的主要因素是少數(shù)載流子的基區(qū)渡越時(shí)間；對(duì)于高頻 BJT，其它的時(shí)間常數(shù)將起作用；對(duì)于高電壓 BJT，集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的渡越時(shí)間將起到較大的作用。

　　FET 的 fT 與跨導(dǎo)成正比、與輸入電容成反比，當(dāng)然與溝道長(zhǎng)度有很大的關(guān)系（長(zhǎng)溝道時(shí)，與溝道長(zhǎng)度的平方成反比；短溝道時(shí)，與溝道長(zhǎng)度成反比）。為了提高 fT，就需要增大跨導(dǎo)和降低輸入電容。采用電流飽和區(qū)（溝道夾斷態(tài)）來(lái)進(jìn)行放大，跨導(dǎo)較大；采用差分對(duì)放大器，或者采用達(dá)林頓放大器，輸入電容可以減小差不多一半。這些措施都將有利于提高 fT。