Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Из-за рекомбинации в базе закон распределения не вполне линейный. 203 Оо О о о ос) о оо) О ООО О ООО О О О 01 о оп о о о ° Э ° ° ° ° ° ° Д ° Э ° ° ЭЭЭ ° Э ° ° ° ° Э ° Э Э Э й. э ° и ° ° ° ° ° Э ° ЭЭ ° ° Э ° ° Э ° Э ° ° ° Э ЭЭ ° ° (4.18) (4.19) 1 АА постоянные токи ПРИ АКТИВНОМ РЕ)КИМЕ Гэр= '~ ' ехр ~ " ьт ~ — е)к е)к (4.15) (4.22) (4.!6) Я" е бе" е бе" Ч йГ(0) бк (4.23) 205 Налячне электрического поля в базе дрейфового транзистора способствует движению носителей заряда в сторону коллектора.
Кроме того, в этом случае концентрация примесей в базе у коллектора невелика; следовательно, и контактная разность потенциалов в коллекторном переходе меньше, чем в эмиттерном. Поэтому даже при меньших прямых напряжениях на коллекторе, чем на эмиттере, концентрация носителей в базе у коллекторного перехода может оказаться больше, чем у эмитгерного (рис. 4.7, в). Распределение носителей в базе в направлении к ее выводу определяется ннжекцней неосновных носителей через р-л-переходы и рекомбинацней носителей как в объеме, так и на поверхности базовой области. Режим отсечки.
Г!рн режиме отсечки части транзистора, примыкающие к его переходам, сильно обеднены неосновными носителямн заряда. Полученные в 44.3 распределения концентрации носителей дают возможность записать аналитические выражения для постоянных токов в транзисторе, работающем в активном режиме. Основную составляющую тока в транзисторе — ток носителей заряда, ннжектированных из эмнттера в базу, находят согласно распределению носителей в базе (4.!2) при подстановке «=0 н соответствующего значения концентрации из (4.10). Кроме того, чтобы перейти от плотности тока к току, необходимо умножить полученное выражение на площадь эмиттера 5,.
Прн расчете получим Для бездрейфового транзистора !эе ж З,ЧР.,О, Чи„ бе ехр —, ьт что почти аналогично выражению для прямого тока полупроводникового диода с тонкой базой (см. 4 3.5). Для дрейфового транзистора прн Е=сопз! и Ор — — сопз1 м!0) )и З,дв.е(0)О, )У(м) Чибб эрж еб тее(еб) ьт ехр— к(0) Сравнение полученных выражений показывает, что прн одинаковых размерах н напряжениях ток эмиттера дрейфового транзистора больше, чем бездрейфового. пи Для определения полного тока эмиттерв необходимо в соответствии с изложенным в $4.2 добавить к Гэ составляющие тока, связанные с инжекцней носителей нз базы в эмиттер н рекомбинацней в р-и-переходе эмнттера. Обе составляющие рассчитывают так же, как для полупроводникового диода (см.
4 3.5 и 3.10): бчд, Ьт бпэб е эрек Зе ехр — . К 4(еб, — Убб) ХбТ Ток базы, обусловленный рекомбннацией носителей в ее объеме и на поверхности, можно также найти из распределения носителей. Область, где избыточная концентрация положительна, т.
е. где идет процесс рекомбинации носителей, расположена между эмнттером и коллектором (рис. 4.6, а). Обычно концентрация ннжектированных носителей заряда заметно превосходит равновесную. При этом (др/д!)„р„/т„. Проинтегрировав по объему области, где создана избыточная концентрация, получим /кек „= е)5е ) ~' еЬ = м ~ ( — ) — б!х ) дх. (4.2! ) На поверхности базы в узкой полосе вокруг эмиттера происходит поверхностная рекомбннация носителей заряда.
В единицу времени на единице поверхности рекомбиннрует число носителей, равное з(р. — Р.б). (см. $ !.14). Приняв, что вблизи эмиттера избыточная концентрация неосновных носителей иа поверхности базы (р, — реб),ярк(О)=реб(0)ехр к " , получим для тока базы, связанного с рекомбинацией на поверх- ности, Здесь 5„„— эффективная плошадь полосы по периметру эмнттера, где происходит рекомбинация ннжектированных носителей. Для бездрейфовых транзисторов можно считать, что ширина этой полосы примерно равна толщине пассивной области базы.
В активном режиме неосновные носители заряда до вывода базы практически не доходят и можно считать! „„.„=О. (4.24) (4.28) (4.33) (4.26) ток базы — к ОР,»рг (4.27) тогда (4.28) 4 4.5. яВления В тРАнзистОРАх ПРИ ВОЛЬШИХ ТОКАХ а с учетом того, что 7кж7кр + ! Ои«Р к„ Ргирг (4.30) или !к ген !к ге»О (1 н )7кр (4.31) где Рге Рг 207 Составляющая тока коллектора 7Кр 7Эр (!реке + !реке). В ток коллектора входят еще составляющие, связанные с генерацией носителей в объеме коллектора н в р-и-переходе коллектора. Их определяют примерно так же, как для полупроводникового диода (см. $3.8 и 3.10). Ток, связанный с генерацией в коллекторе, 7К ген ~к ди,е!.„ Следует учесть, что в области коллектора действует электрическое поле, связанное с прохождением тока основных носителей заряда и направленное так, что оио способствует движению иеосновиых носителей к коллекториому переходу. Под влиянием этого поля иеосновиые носители заряда могут попадать в коллекториый переход ие только из областей, равных по толщине !.„, но и из более далеких.
Расстояние, которое проходит носитель заряда путем диффузии за время жизни, равно диффузионной длине. Если к диффузии добавляется дрейф, то это расстояние увеличивается до !»еΠ— — йн+ Р„ЕТ,=!.„БК! + — !.н). дЕ юг При этом напряженность электрического поля и обратный ток коллектора, связанный с генерацией носителей в его объеме, 7кге =Зе — "11+)-н-ЕУТ вЂ” »1+(5» — Зе) — "" " (4.29) Значит, составляющая тока коллектора, связанная с тепловой генерацией носителей заряда, зависит от тока носителей, пришедших от эмиттера. Чтобы такое влияние было существенным, концентрации иеосновиых и основных носителей в коллекторе должны отличаться ие очень сильно.
Такие условия создаются прн повышенной температуре в гермаииевых транзисторах, изготовленных методом диффузии. Ток, связанный с генерацией носителей в области объемного заряда, находят обычным путем (см. $3.10): (4.32) К току коллектора добавляется еще ток носителей заряда, генерируемых в объеме и иа поверхности области базы, а также возникающих в результате лавинного размножения. Ток генерации носителей в базе 7Б„. можно определить так же, как обратный ток полупроводникового дИода. Лавинное размножение учитывают путем умножения всех проходящих через коллекторный переход токов на коэффициент лавинного размножения М. Тогда общий ток коллектора !р = М(7ирй + 7Б«еи + 7Кге О + !ген) 7Б = 7Э 7К = !реке + !реке + !рек.и»и + 73» + !Эрен — 7кр(а*М вЂ” 1) М(7игеи + 7кгене+ !ген) (4 34) При прохождении через транзистор больших токов соотношения, выведенные в З 4.3 и 4.4, нарушаются.
Это связано с рядом явлений: !) прохождение через транзистор больших токов (точнее, токов с большой плотностью) часто сопровождается высоким уровнем иижекции. Практически в транзисторах, работающих в активном режиме, высокий уровень нижекции может наблюдаться только в базе. Действительно, эмиттер транзистора изготовляют из сильиолегированиого материала, поэтому получить высокий уровень инжекции в ием довольно трудно.
К тому же в общем токе эмиттера доля носителей заряда, иижектируемых из базы„ невелика (см. $4.2). В режиме насыщения высокий уровень нижекции возможен и а коллекторе; 2) прохождение больших токов через транзистор связано с перераспределением напряжений в нем из-за падений иа объемных сопротивлениях; 3) при больших токах могут изменяться условия как на выпрямляющих, так и на омических переходах (последнее существенно в режиме насыщения); 4) прохождение больших токов приводит к перераспределению потенциала в областях объемного заряда р-а-переходов н к эффекту расширения базы. Высокий уровень ннжекцин в базе.
Явления при высоком уровне инжекции в базе транзистора в принципе не отличаются от рассмотренных ранее для полупроводникового диода (см. $3.!5). В результате изменения концентрации основных носителей, связанного с условием электрической нейтральности, с одной стороны, растет ннжекция носителей из базы в эмиттер (ток lэ„), а с другой — уменьшается удельное сопротивление материала базы. Возникающее при высоком уровне иижекции электрическое поле способствует переносу инжек- Я в тированных носителей заряда через базу.
При неравномерном легировании базы (когда транзистор дрейфовый) это электрическое поле накладывается на уже существующее в транзисторе. По мере повышения а1 уровня инжекции распределение электрического поля все больше приближается к юму, которое определяется лишь ннжектированными в) х носителями, и перестает зависеть от Рис. 4.8.
картииа прохождения распределения примесей. тока базы (и); распределеиие При высоком уровне инжекции потеипиала в базе Чв и плотно. и иижек иоиио жа з итт . время жизни носителей в базе также ра !з, при некотором наприже. изменяется. К изменению времени иии 0зв мевсву выводами амит- жизни в объеме добавляется изметера " базы (б) пение скорости поверхностной ре- комбинации. В результате соотно- шения между током базы и током эмиттера (4.21) н (4.23) искажаются. Перераспределение напряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
