发射极电流集边效应是BJT在大电流工作时出现的一种现象。BJT在大电流工作时容易出现的另外两种重要现象是基区电导调制效应和
基区扩展效应。
在发射结正偏时,通过发射结的电流大部分都流向了集电极(是少数载流子的扩散电流),只有很小一部分流向基极。因为BJT存在一定的基极电阻,包括发射区正下方基区的横向电阻(是一种扩展电阻)和发射区正下方以外基区的电阻;而基极电流是在基区中
横向流动的,则在扩展的基极
电阻上将产生电压降,这就使得发射区正下方基区中各点的电位不一样,即在发射结边缘处的电位较高、在发射结中心处的电位较低(甚至为0);于是,就造成发射结面上各点的电压不同(发射结周围边缘处的电压高,中心处的电压低),从而使得发射结面上各点的注入电流密度也就不同——发射结周围边缘处的电流密度大,中心处的电流密度≈0,即发射极电流基本上都集中到了发射结的周围一圈,这就是发射极电流集边效应。可见,该效应实际上是由基极电阻所引起的,所以这种效应也称为基极电阻自偏压效应。
发射极电流集边效应所造成的直接影响就是发射结面不能充分被利用,降低了发射极注射效率,使电流放大系数减小。进一步,还会引起其他一些大电流效应,因为发射结边缘的电流密度很大,则在该附件处就容易出现
基区展宽效应和基区电导调制效应等这些大电流下容易出现的问题。
由于存在电流集边效应,所以为了增大发射极电流,若只是简单的增大发射结面积的话,那就不可能达到目的;这时应该增加发射极的周长,即要增大发射极的(周长/面积)比值。所以,对于电流较大的BJT,其发射极宜采用既细又长的齿条形结构(即梳状结构)。
但是齿条形的发射极也不能太长、也不能太细。因为作为发射极条的金属总是有一定的电阻,若太长的话,就会在发射极条的纵向产生压降,致使齿条纵向的注入电流不均匀;若太细的话,就会在发射极条的齿条横向产生压降,致使横向的注入电流不均匀。这就是说,若齿条太长或太细的话,都不能有效的利用整个发射极条,难以增大总的发射极电流。当然,发射极条的注入电流密度也不能过大,即发射极单位周长的电流不能超过一定的容量,否则就会出现基区展宽等大电流效应,反而使BJT的总体性能下降。