Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Мгновенные значения переменной составляющей электрического поля в любой момент времени направлены в сторону, противоположную постоянной составляющей. Поэтому дырка, проходя по коллекториому переходу, взаимодействует сразу с двумя составляющими электрического поля. От постоянной составляющей электрического поля дырка забира- !98 ет энергию, двигаясь по иаправлеиию этой составляющей.
Одновременно, двигаясь против мгновенных значений переменной составляющей электрического поля, дырка отдает часть своей энергии переменной составляющей. Происходит своеобразное перекачиваиие энергии от постояииой составляющей электрического поля к переменной составляющей. Посредниками в этом перекачиваиии энергии являются носители заряда, иижектироваииые из эмиттера и дошедшие до коллекториого перехода. Для их иижекции требуется произвести относительно небольшую работу, так как высота потеициального барьера эмиттериого перехода мала.
В схеме с общим эмиттером входной цепью является цепь базы. Так как ток базы существеиио меньше тока эмиттера, можно получить и усиление по току. Изменяя ток через вывод базы, меняем количество основных носителей в области базы, т. е. заряд базы, и, следовательно, потенциальный барьер между эмиттером и базой. Изменение высоты потенциального барьера вызывает соответствующую иижекцию иеосиовиых носителей заряда. Большинство иижектироваииых носителей доходит до коллекториого перехода, изменяя его ток. Основной носитель заряда, введенный в базу из вывода базы, либо может исчезиуть вследствие рекомбинации, либо может быть иижектироваи в эмиттер.
Как указывалось, а транзисторе приияты меры, чтобы вероятность этого была мала, и иа один основной носитель заряда, вошедший в базу, приходится много иеосиовиых носителей заряда, прошедших от эмиттера до коллектора. В этом и заключается усилеиие по току в схеме с общим эмиттером. Усиление по мощности в данном случае объясняется аналогично усилению в схеме с общей базой.
В схеме с общим коллектором выходной цепью является эмиттериая, входной — цепь базы. В связи с тем что ток эмиттера почти равен току коллектора, здесь тоже имеет место усиление по току и по мощности. Режим иасыщеиия. При работе. транзистора в режиме иасышеиия (см. рис. 4.4, б) в прямом иаправлеиии включен ие только эмиттериый, ио и коллекториый переход. Это приводит к тому, что ие все носители, иижектироваииые эмиттером и дошедшие до коллекториого перехода, перехватываются им. Условно можно считать, что навстречу потоку иеосиовиых носителей, идущих из базы в коллектор, идет поток таких же носителей из коллектора в базу, и суммарный их ток определяется разностью этих потоков.
В связи с тем что в режиме насыщения коллекториый переход уже ие осуществляет полной экстракции носителей из базы, там происходит их накопление и иитеисивиая рекомбииация. В режиме насыщения соотношения (4.5) и (4.6) ие выполняются, ток базы может оказаться сравнимым с током эмиттера. Режим отсечки. Если иа обоих переходах транзистора иапряжение обратное, то через иих проходят токи, обусловленные 199 4 4.э.
РАспРеделение ИОсителей зАРядА вр,ух (4.8) бх (4,9) ау лр, Р„=Р„о(О)ехР и "; %=АУ(О); (4. ! О) д! прн х=нг го! процессами тепловой генерации носителей заряда в объеме полупроводника, областях объемного заряда и иа омических переходах, а также утечками. При достаточно больших нацряжениях происходит лавинное размножение. Значения токов в транзисторе зависят от распределения в ием иеосиовиых носителей заряда. На это распределение влияют многие факторы — геометрические размеры транзистора, параметры его материала, состояние поверхности, токи через переходы, напряжения иа них и т. д. Активный режим.
Активный режим работы транзистора характеризуется тем, что из-за наличия обратного иапряже- Рис. 4.6. Распределение неосновных носителей заряда в различных областях транзистора при активном режиме его работы: а — в пространстве (схематично); б — в бездрейфоаом трамзнсторе; а — в дрейфа. вом транзисторег г — в транзисторе с участком тормозящего злектрнческого поля в базе ния коллекториый переход перехватывает практически все носители заряда, подходящие к его границе. В результате носители в транзисторе движутся в небольшой области, которая по площади примерно равна эмиттерному переходу (рис.
4.6, а), т.е. только через активную часть базы. Лишь немногие носители отклоняются от направления, перпендикулярного эмиттерному переходу, и некоторые из иих рекомбииируют на поверхности. В связи с тем что большинство носителей в транзисторе, работающем в активном режиме, движется по параллельным путям, с достаточной для практических целей точностью их распределение можно рассматривать как одномерное, т.
е, можно считать, что концентрация носителей изменяется только в направлении х, перпендикулярном плоскости эмиттера или коллектора. Закон распределения носителей заряда в этом направлении определяется электрическим полем в области базы и ее толщиной нг. Приближенное аналитическое выражение для такого закона можно получить, если учесть, что токи эмиттера и коллектора транзистора почти одинаковы.
Так как носители заряда двигаются параллельнымн путями, что означает постоянство плотности тока неосновиых носителей между эмиттером и коллектором, которая примерно равна плотности тока эмиттера гэр, уравнение для распределения, например, дырок в базе транзистора типа р-пчп примет вид бвн Уэр = дРн РŠ— дйр или с учетом (4.3) бдн .г'э = — с!О р, . — — т)0 р= р аУ бх где М вЂ” концентрация примесей в базе. Граничными условиями для случая, когда токи в транзисторе ие очень велики, будут (рис.
4.6): при х=О р„=Ух,гг(г!и ); АУ=У(мг). (4.! !) Координаты х=О и х=ю соответствуют границам областей объемного заряда эмиттериого и коллекториого переходов (рнс. 4.6). В связи с тем что скорость движения носителей заряда в области коллектоРиого пеРехода бр довольно велика, пРимем, что при х=-ш р„=О. Решив уравнение (4.9) относительно концентрации носителей в базе транзистора, получим р. = — ) — дх. ляг м пд) 1 )7 (4.! 2) Для бездрейфового транзистора И=сонэ(; следовательно, 0в = сон 51 и р.= — зе (со — х).
(4.13) я2)е Таким образом, распределение носителей заряда, инжектированных эмиттером в базу бездрейфового транзистора, линейно (рис. 4.6, б). Этот вывод аналогичен полученному ранее для полупроводникового диода с тонкой базой (см. $3.6) и, так же как для полупроводникового диода, является лишь предельным случаем. Реальное распределение носителей в базе бездрейфового транзистора отличается от линейного, хотя и незначительно.
Для транзисторов, как и для полупроводниковых диодов, можно найти распределение носителей в области эмиттера (как в диоде прн прямом включении) н коллектора (как в диоде при обратном включении), что показано на рис. 4.6, б. Для дрейфового транзистора при постоянном значении напряженности электрического поля в базе (это соответствует экспоненциальному распределению примесей) без учета зависимости 0,отЛ) Р«= — сŠ— ) 1 ехр ) —,7 (ш д)) ~= (4.14) Соответствующее распределение концентрации носителей показано на рис.
4.6, в. В данном случае абсолютное значение градиента концентрации носителей растет по мере приближения к коллекториому переходу. При достаточно сильных электрических полях в базе градиент концентрации носителей вблизи эмиттера становится небольшим, т. е, ток здесь преимущественно дрейфовый. Вблизи коллектора концентрация инжектированных носителей падает, соответственно падает и дрейфовая составляющая тока, но зато растет диффузионная составляющая; поэтому полный ток остается постоянным.
Прн таком распределении примесей, когда создается участок тормозящего поля, распределение концентрации носителей в базе получается, как показано на рис. 4.6, г. Участку тормозящего электрического поля соответствует резкое возрастание концентрации носителей и ее градиента у эмнттера. Режим насыщения. При режиме насыщения носители заряда в области базы транзистора двигаются не только от эмнттера к коллектору, но и в сторону вывода базы. Соответственно изменяется и их распределение. При этом значительная концентрация неосновных носителей заряда создается и в пассивной части базы. Кроме того, прямое напряжение на коллекторном переходе приводит к иижекции в область коллектора. о ОО "а рп ° ° )зо 04, 1 лаз а) $ 11 о о~ ° Э др,рл Рнс. 4.7. Распределение неосновных носителей заряда в различных областях транзистора при режиме насыпхения: а — в пространстве )схематично); б — в бездреяфвввн транзисторе; в — а дрейфо- вом транзвствре Все это не дает возможности распространить на режим насыщения полученные ранее расчетным путем распределения носителей.
Поэтому ограничимся качественными характеристиками (рис. 4.7). Между эмиттером и коллектором распределение носителей определяется соотношениями напряжений на р-и-переходах н напряженностью электрического поля в базе. Для бездрейфового транзистора, если напряжение иа коллекторном переходе меньше, чем на эмиттерном, концентрация неосновных носителей заряда у коллектора меньше (рис. 4.7, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
