promel (Электроника учебник), страница 12

зависимости от чередования слоев существуют транзисторы тип р-и-р и л-р-п (рис. 1.20, а, б). Их условное обозначение на электр ных схемах показано на рис. !.20, и, г. В качестве исходного ма риала для получения трехслойной структуры используют герман и кремний (германиевые и кремниевые транзисторы). Трехслойная транзисторная структура создается по сплав или диффузионной технологии, по которой выполняется и двухсл ная р-и-структура полупроводниковых диодов (см.

2 1.2). Трехсл иая транзисторная структура типа р-п-р, выполненная по сплав 42 вологин, показана на р тс. !.20, д. Пчастина полупроводника техно п.тип „„а является основанием, б а з о й (отсюда и название слоя) конструкц ни, Два наружных /и-слоя создаются в результате диффузии в них акпепторной примеси пРи сплавлении с соответствующим матери , алом.

Один из слоев называется э и н т т е р н ы м, а другой— и, и, и, и,/Виве /' и ш л ~! И ~~ к и Б/ Б) ХБББ7ВУ г/ кекеектед е! Рис, 1.20. Полупроводниковзя структ>рн трзнзисторов типов р-и-И (а) и п-р-и (б); их условные обознзисния в электронных схемах (з,г); спязвнзя трзнзисторизя структура типа р-л-р (д); пример конструктивного йсполнения мзломощного трзнзисторз (е): / — позде корпуса; Š— колбе; 3 — внутренний вынод еинттерв; 4 — таблетка индия; Б — кристеллодержвтелв; б — нлвствок сермвння л-тине; 7 — таблетка индия; Š— внутренний вывод коллекторл; у — стеклянный изолятор к о л л е к т о р н ы м, Так же называются и р-п-переходы, созда- ваемые этими слоями со слоем базы, а также внешние выводы от этих слоев, с)/у//кция э и и т те р н о го п е р е хо да — и н же к т и рова(эмнттировапие) н о с и т е л е й з а р я д а в б а з у, функколлекторного перехода — сбор носите- лей за заряда, и з а Р я д а, прошедших через базовый слой.

Чтобы носители соби алнсь нжектируемые эми/тером и проходящие через базу полнее Р лись коллектором, площадь коллекторного перехода делают исполнения ьше площади эмиттерного перехода. Пример конструктивного ния маломощного транзистора показан на рнс. !.20, е, а Р зисторах типа п-р-и функции всех трех слоев и их названия гимны, изменяется лишь тнп носителей заряда, проходящих л: в приборах типа /у-и-р — это дырки, в приборах типа - -п — электроны. )кр Твр заряда здесь то же, что и для диода, Индекс кО» в обозначе- 'к Тб 11 Р) 1 зкв 1 вв -1Э, ) / ниях указывает на распределение концентраций в слоях в отсутствие внешних напряжений.

Соотношение концентраций основных носителей заряда 4з а) (у! ! . и Ррв (а) 1 Ррв 1 1Рл. Р ! 1 — — 1 )Равна р8~ и Рис. 1.21. Транзисторная структура типа р-и-р (а), распределение ионцентраций носителей заряда (б) и инутренней разности потенциалоа (в) и отсутствие внешних напряжений Рис. 1,22.

Транзисторная структура типа р-л-Р (а), распределение концентраций носителей заряда (б) и внутренней разности потенциалоа (в) при наличии инешнпх напряжений в эмиттерном и коллекторном слоях транзистора несущественно, на рис. 1.21, б они приняты одинаковыми. Отличие же в концент циях основных носителей заряда эмиттерного и базового слоев весь важно, так как оно влияет (что будет показано в дальнейшем) на раметры транзистора, в частности на коэффициент передачи тока Концентрация основных носителей заряда в базе доля:па быть мн меньше концентрации основных носителей заряда в эмиттере, т Р,>> пеш Таким образом, для транзистора базовый слой дол быть более высокоомным, чем эмиттерный.

Это достигается за с использования высокоомного исходного полупроводника и-ти С учетом того, что для определенной температуры произведе рп — величина постоянная, полная картина распределения кон Принцип действия транзистора и его основные параметры Принцип действия биполярного транзистора рассмотрим на пр мере структуры типа р-и-Р (рис.

1.21, а). Сначала покажем распр деление концентрации носителей заряда в слоях транзисторной стру туры и разности потенциалов, создаваемой объемными зарядам Р-п-переходов, в отсутствие внешних напряжений (рис. 1.21, б, е) Обозначение концентраций основных и неосновных носителей Р Рз л Рг Р в слоях транзистора будет иметь вид, показанный на В отсутствие внешних напряжений на границах раздела трех слоев образу зуются объемные заряды, создается внутреннее электрическое поле и и между слоями действует внутренняя разность потенциалов. нцнальный барьер в каждом из переходов устанавливается таПотенц кой в величины, чтобы обеспечивалось равновесие диффузионного и дреяф йфового потоков носителей заряда, движущихся через переходы противоположных напРавленилх, т.

е. Равенство нУлю протекаю„его через них тока (см. з 1.2). Поскольку концентрации основных (и „еосновных) носителей заряда в эмиттерном и коллекторном слоях „р„наты одинаковыми, потенциальные барьеры в обоих о-и-перехо„ах согласно выражению (1.11) будут равны, Если за нулевой уровень отсчета принять потенциал базы, то распределение разности потенциалов в транзисторе в отсутствие внешних напряжений будет иметь вид показанный на рис. 1.21, в. Внешние напряжения подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода — в обратном направлении. Это достигается с помощью двух источников напряжения (', и (I„ (рис.

1.22, а). Напряжение (/, подключается положительным полюсом к эмиттеру относительно базы, напряжение (/„— отрицательным полюсом к коллектору относительно базы (схема с общей базой). :,Изучим процессы, протекающие в эмиттерном переходе, базовом слое и коллекторном переходе транзистора. Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение У, действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок— основных носителей зарядов эмиттерного слоя — уменьшается и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в болю шем количестве переходить (инжектировать) в область базы (рис. 1.22, а, в).

Аналогичным образом увеличится диффузионный поток электронов (основных носителей заряда области базы) в эмитгер. С учетом достаточно малой для смещенного в прямом направлении Р-л-перехода составляющей дрейфового тока, создаваемой неосновными носителями заряда областей, ток эмиттерного перехода и цепи эмитгера можно записать в виде !,= 1,г+ (,„. (1.16) Рехо )Тырочная составляющая тока ! создастся потоком дырок, пе- аР одящих из эмиттера в базу. Большинство дырок в последующем 'игает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора.

достига Элект о тронов ктронная составляющая тока 7 обусловлена движением элекЭп точник 0 ов из базы в эмиттер. Она замыкается по входной пепи через иск (~э и не используется полезно (для создания тока в коллекц '" цепи). Таким образом, функция эмиттерного хода и процессы в эмиттерном переходе ""тся к ннжекции носителей заряда (ды- 45 Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода являетс так называемый коэффициент иижекции у, показы вающий, какую часть от полного эмитгерного тока составляет ег дырочная составляюцгая: 7 = 7, „(7, . (1.17) С точки зрения качества эмиттерного перехода необходимо, чтоб электронная составляющая эмиттерного тока 7„, была существенн меньше его дырочной составляющей ),р.

Это достигается значитель ным (на два-три порядка) превышением концентрации основных но сителей заряда (дырок) в эмиттере над концентрацией основных но сителей заряда (электронов) в базе (р„,-- и,„). Как указывалось задача решается применением высокоомного исходного полупровод ника для создания базового слоя и введением большой концентраци акцепторной примеси для получения эмиттерпого слоя. Для выпус каемых промышленностью транзисторов коэффициент инжекции у =- 0,97 —; 0,995. Процессы в базовом слое определяются основном поведением дырок, перешедших в баз через ам иттерный переход.

Инжектируемые дырки попадая в базовый слой, повышают концентрацию дырок в базе вбли зи эмиттера по сравнению с равновесной концентрацией р„ (рис. !.22, б). На границе с эмиттерным переходом создается копцен трация дырок р,(0). Величину этой концентрации, зависящей от под ведеиного напряжения (7„находят из соотношения, аналогичпог (1.!За) для диода: э( вг р„(0) = р„,е (1.18 Под действием концентрации д,(0) развивается дпффузионно движение дырок в базе в сторону коллектора, т.

е. в направлени меньшей концентрации. Концентрация дырок в базе на границе коллекторным переходом устанавливается близкой к нулю, так ка дошедшие до коллекторного перехода под действием диффузии дырк ускоряются полем перехода и перебрасываются в коллектор. Устано вившееся при определенном напряжении (7, (определенном токе эми тера и соответствующей величине р„(0))распределение концентраци дырок в базе показано на рис. 1,22, б. Ввиду относительно малой толщины базового слоя !в (соизмери мой с диффузионной длиной дырок 7 р) закон распределения конце» трации дырок в базе при диффузии р (х) близок к линейному. Гр диент концентрациидырокв базе в соответствии с выражением (1.8 определяет диффузионный ток дырок в ней в направлении колле торного перехода. Описанный характер движения дырок в базе возможен тольк тогда, когда количество находящихся в объем базы дырок равно количеству электронов а распределения их концентраций близки (объемный заряд дыро скомпенсирован объемным зарядом электронов), т.

е. при условя электрической нейтральности базы. электроны, компенсирующие объемный заряд дырок, поступают ц пн базы одновРеменно с дыРками, входащими в слой базы сРазУ по~де подключения напряжений У, и У,. В установившемся репо це" же пос. «киме ме концентрации дырок р„и электронов п„близки. Распреденне концентрации электронов на рис. 1.22, б показано пункление тарной кривой, лектронов в базе при„,„...

цесс е диффузии некоторая часть дырок рекомбинирует с электронами ( н 1,22, а). В РезУльтате актов Рекомбинации количество дыРок, ошетщих до коллектора, не будет равно количеству дырок, поупивших из эмиттера, и, следовательно, дырочная составляющая коллекторного тока У„р будет меньше дырочной составляющей эмитРного тока )нр. Вследствие рекомбинации некоторого числа дырок с электронами в процессе их движения через базу концентрация дыРок уменьшается, что приводит к уменьшению их градиента концентрации по оси х и некоторому отличию кривой р„(х) от линейного за- кона (рнс.

1.22, б). Вместе с тем акты рекомбинации дырок с электронами создают недостаток электронов, требующихся для компенсации дырок, постояв- но входягцнх в базу из эмиттера. Необходимые электроны поступают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора 7вр (рис. 1.22, а). Следовательно, разность между дырочнымн составляющими эмитгерного и коллекторного токов представляет собой ток базы, обусловленный рекомбинацией в ней дырок. В соответствии с этим запишем соотношение для дырочных составляющих токов транзистора: 1, = У„ + У~ (1 .19) Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дыроквбазеб,которь.й равен отношению дырочной составляющей коллекторного тока к дырочной составляющей эмиттерного тока: )н р!)э р.