Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Наилучшими СВЧ-характеристиками обладает транзистор с металлической базой и структурой типаAu -Ge,Si-т. е. структура полупроводник-металл-полупроводник, при этом толщина золотой пленки между двум.я полупроводниками составляет неско.Лько десятков ангстрем (сотые долимикрона и меньше).Применение такихсовременныхперспективных технологий, как молекулярно-лучевая эпитаксия, выращивание монокристаллических металлических пленок на полупроводниках,ультрафиолетовая и рентгеновская литография, работа при низких температурах, позволяет добиться хороших СВЧ-харак-Глава 4. Биполярные транзисторытеристик и высоких коэффициентов усиления по току в транзисторах с металлической базой.Дальнейшимразвитиемподобногонаправленияявляетсяразработка транзисторов с проницаемой базой, в которых металлическая пленка заменена металлической вольфрамовой сеткой спериодом порядка0,3 мкм.Такой транзистор имеет четырехслойную структуру, включающую подложку изслой эмиттера изGaAsGaAsп+стипа,п-типа, фигурную 'вольфрамовую сетку,толщиной 0,02 мкм с шириной полоски 0,16 мкм и слой :коллектора п- GaAs.Вольфрамовая сетка образует с пШоттки высотой0,8 В.- GaAs барьерПри подаче на сетку отрицательного потенциала электроны из эмиттера при их движении к коллектору должны пройти в окрестности металлической сетки через область с отрицательным потенциалом.
Посередине между металлическими полосками барьер наиболее низкий, а около границыметалл-полупроводник барьер будет наиболее высоким. Этотбарьер будет препятствовать проходу электронов через сетку.В результате только небольшая доля электронов преодолеваетполе сетки, и в цепи коллектора протекает ток с малой плотностью (единицы А/см 2 ). Если на базу подать положительное смещение, барьер снизится, и плотность :коллекторного тока можетдостигать значений-103 А/см 2 •При больших положительныхсмещениях на базе (сетке) будет накапливаться отрицательныйзаряд электронов, что приведет к ограничению тока.
В этихтранзисторах можно получить высокие плотности управляемыхтоков и, как следствие, большую крутизну и высокую граничную частоту, до нескольких десятков ГГц, а в перспективе досотни ГГц, при относительно больших значениях коэффициентов усиления(15 ... 20 дБ).Мощные транзисторы. При разработке мощных транзисторовприходится решать дополнительно ряд специфических проблем,которые вызваны большими напряжениями и токами коллектора. Поэтому конструкция мощного транзистора должна обеспечивать эффективный отвод рассеиваемой в нем тепловой энергии.
Перегрев активных частей транзистора большой.моЩностипри значительных размерах применяемых полупроводниковыхкристаллов вызывает необходимость учета механических напряжений из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения полупроводника и других элементов конст•рукции. Помимо всего, мощные транзисторы должны быть достаточно быстродействующими.Раздел1581.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫДля обеспечения большого рабочего тока в мощных транзисторах необходимо изготавливать эмиттер как можно большихразмеров, причем сложной конфигурации.
Поэтому обычно применяют многоэмиттерные транзисторы, содержащие большоечисло узких эмиттерных полосок, меЖду которыми располагаются выводы базы. Как эмиттеры, так и отдельные базовые выводы объединяются общими выводами. Число отдельных эмиттерных полосок может быть до нескольких десятков. Площадькаждой эмиттерной полоски обычно значительно больше, чемэмиттера маломощного транзистора. Предельная ширина эмиттерной полоски ограничена эффектами вытеснения тока эмиттера на края перехода, поэтому существуют оптимальные размерыширины полоски, которые лежат в пределах10 ...
20 мкм.Длинаполоски ограничивается падением напряжения на аей и составляет100 ... 200 мкм.Последовательное включение скаждымэмиттером стабилизирующих резисторов позволяет выравнивать токи отдельных эмиттеров.Большая часть мощных транзисторов рассчитана на работупри относительно низких напряжениях в20 ... 30 В,поскольку вэтом случае облегчается тепловой режим. Хороший теплоотводв мощных транзисторах достигается за счет установки полупроводниковогокристалланамассивномметаллическомосновании корпуса часто совместно со специальным радиатором. Дляуменьшения барьернойколлектораиспользуютемкостии тепловогомногоструктурныесопротивлениятранзисторы,собранные на одном кристалле в виде матрицы отдельно параллельно соединенных транзисторов.
За счет увеличения расстояния между отдельными транзисторами обеспечивается нужноетепловое сопротивление без увеличения емкости коллекторногоперехода.-@-------11 Контрольные1.8опросы1-I- - - - - - -Каковы устройство, схемы включения, режимы работы биполярных транзисторов (БТ)?2.Физические процессы в БТ. Коэффициенты передачи тока вразличных схемах включения.3.Статические БАХ в схемах с ОБ и ОЭ.4.5.Модель Молла-Эберса.
Эквивалентные схемы БТ.Высокочастотные свойства БТ.Глава6.7.8.9.5. Тиристоры159Параметры БТ. БТ как четырехполюсник.Работа БТ в ключевом режиме.Импульсные параметры БТ.Каковы разновидности и особенности БТ их работы?Глава5ТИРИСТОРЫ5.1. Общие сведения. Устройство.Режимы работыТиристор-это полупроводниковый прибор с трем.я и болеер-п-переходами, БАХ которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.При работе в схеме тиристор может находиться в двух состояниях.
В одном состоянии (закрытом, или выключенном) тиристор имеет высокое сопротивление и пропускает малый ток, вдругом (открытом, или включенном)-сопротивление тир:И:сторамало и через него протекает большой ток.Тиристоры широко применяются в радиолокации, устройствахрадиосвязи, в автоматике-как приборы с отрицательной проводимостью, управляемые ключи и вентили, пороговые элементы,преобразователи энергии, триггеры, не потребляющие ток в исходном состоянии. По сравнению с биполярными транзисторамитиристоры могут обеспечить более высокий коэффициент усиления по току включения, иметь большой ток и одновременно высокое напряжение, что важно для получения хороших характеристик устройств, работающих при высоких уровнях мощности.
Тиристоры обеспечивают высокий КПД преобразования энергии,обладают хорошей надежностью и долговечностью, имеют малыегабариты, просты в эксплуатации.Устройство тиристоров. В зависимости от числа выводов тlfристоры дел.яте.я на диодные, триодные и тетрадные, имеющие соответственно два, три и четыре вывода от р-п-р-п-структуры.
Контакт к внешнему р-слою называется анодом (А), а к160Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫI,Aа)J, А/см 2Т= 300КIY= 75IY= 50IY= О3040мкАмкА150и, вUBRЛв)х,мкм·20Рис.внешнему п-слою-5.1катодом (К) (рис.5.1,а). Аноднаяр-областъи катодная п-область называются соответственно р- и п-эмиттера-.ми. Области п- и р-типа, расположенные между анодом и катодом, называются базами, а выводы от них образуют управляющие"электроды (УЭ).
Наиболее часто используются трехэлектродные.приборы. Помимо четырехслойных структур, некоторые виды iтиристоров имеют большее число полупроводниковых облас- ·1тей:. К таким приборам относится симистор (симметричный тирнс-.,,тор), который может включаться при различных полярностяхприложенного напряжения. Он сформирован структурой из пяти и более слоев и используется в цепях переменного тока какдвусторонний ключ.Типичное распределение эффективной концентрации атомовпримеси в диффузионно-сплавном тиристоре представлено на·'рис.5.1,б. На подложке п 1 методом двусторонней диффузии·сформированы областир 1 ир 2 • Слой п 2 создается методом сплавления или односторонней диффузии.Режимы работы.
В зависимости от напряжения на аноде и тока, протекающего через прибор, можно выделить несколько режимов работы тиристора. Эти режимы соответствуют определенным участкам ВАХ тиристора, представленной на рис.В отсутствие тока в цепи УЭ, т. е. приIY5.1, в.·=О, БАХ вырождается:uхарактеристику диодного тиристора, когда цепи управляющих элек-Глава5.Тиристоры161тродов отсутствуют или разомкнуты. Чтобы снять такую характеристику, необходимо в качестве источника электрического питания использовать генератор тока с ЭДС {5А (см. рис.5.1,а). В этомслучае ток в цепи задается источником, и в зависимости от величины тока между катодом и анодом будет возникать соответствующая разность потенциалов.
Выделяют пять основных режимов работы тиристора.Режимтельно1 (область ВАХ 0-1) -относительнокатода,напряжение на аноде положитокнезначителен(несколькомкА). Эта область соответствует закрытому состоянию (режимпрямого запирания).Режим2(областьучасток характеристики с отрица1-2) -тельным дифференциальным сопротивлением. Начинается в точке ВАХ, когдаdU /dl=О. Напряжение на тиристоре в этой точке называется напрЯжением включения (И вкл), а ток через прибор-током включения (I вкл).Режим З (область2-3)соответствует открытому состоянию(режим прямой проводимости), начинается в точке2.Напряжение в этой точке называется напряжением в открытом состоянии(Иоткр), или (реже) напряжением удержания (Иуд), а токудержания (Jуд).
Параметры !Уд и Иоткр --токомсоответственно минимальные ток и напряжение, необходимые для поддержания тиристора в открытом состоянии.Режим4 (область 0-4) называется режимом обратного запирания, в котором напряжение на аноде относительно катода отрицательно.Режим5(область4-5)-режим обратного пробоя. Начинается при напряжении на аноде, равном напряжению пробоя тиристора (Ипроб).5.2. Основныефизические процессы.Принцип действияРассмотрим основные процессы на примере диодного тиристора, ВАХ которого соответствует рис.5 .1,в приIУ = О.В режиме обратного запирания переходы П 1 и П 3 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
