Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 52
Текст из файла (страница 52)
фактически весь ток эмиттера обусловлен его Ф,::6Ф,й ф е р и й н о й частью (на рис. 4-35, а она условно зачер- а центральная часть почти «бездействует». Значит, плотность эмиттера, рассчитанная без учета эффекта оттеснения (т. е. из м и н и м а л ь н о г о значения (7,« в центре эмиттера), намного' меньше ее реальных значений. Соответственно эффект ения «форсирует» те явления, которые связаны с высоким уровнем инжекцин: все они 1в частности, зависимость () (г,)1 наступают при заметно меньших токах, чем без учета этого эффекта. Для того чтобы избежать аффекта оттеснения илн уменьшить его влияние, следует уменьшать размеры змиттера настолько, чтобы падение напряжения г'бгбг под змиттером было меньше ~рг. Можно, например, выполнять змиттер ие в виде диска (рис. 4.3 и 4-)4), а в виде кольца, сечение которого соответствует зачерненным участкам не рис.
4-35, а. В случае планарных транзисторов используют сыногополосковые» гребенчатые структуры (рис. 4-33, б), у которых ширина каждой полоски достаточно мала (т. е. гбгбг. м гР ), а с У и и а Р н а Я шнРина достаточно велика, чтобы обеспечить приемлемую плотность тока, (Рб ! ' Оаз' )брбт Рис. 4-35. Эффект оттеснения тока в вмиттере. а — раврев дисковой структуры, рвспрелелени» потенциала базы и плотности вмкггерного гока; б — планарнвк структура с многополосковыми (гребенчатыми) вмиггером и базой. У маломощных транзисторов эффект оттеснения тока выражен слабо, так как, во-первых, малы размеры эмиттера (от которых зависит сопротивление гбг) и, во-вторых, мал рабочий ток 1 а значит, н ток тб.
4-$2. ДРЕЙФОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Как отмечалось в $4-1, в неоднородной базе имеется с о б с тв е н н о е электрическое поле независимо от уровня инжекцин. Поэтому механизм движения инжектированвых носителей у транзисторов с неоднородной базой преимущественно дрейфовый, откуда следует их общее название — дрейфовые упранзисгпоры [14, 751. Поскольку, однако, неоднородность базы достигается путем диффузии примесного материала, можно встретиться с термином «транзистор с диффузионной базой», который отражает технологию изготовления, а не механизм движения инжектированных носителей. В последние годы дрейфовые транзисторы стали играть главную роль в связи с развитием микроэлектроники, которой свойственна планарная диффузионная технология (см. $ 4-13).
Особенности дрейфовых транзисторов. На рис. 4-36 изображены две структуры дрейфового транзистора, различие между которыми обусловлено технологическими особенностями. Сравнивая структуры дрейфового и бездрейфового транзисто'пв (см. рис. 4-3), видим, что опи заметно различаются. А именно, кайфовый транзистор значительно более несимметричен: коллекторный слой много толще двух других слоев, велика разница в площадях змиттера и коллентора, по существу отсутствует пассивная Ф)блнсть базы. Все эти особенности обусловлены тем, что в случае дрййфовых транзисторов исходная пластина полупроводника служит ~)гневной для создания слоев базы и эмиттера, а сама она в дальнейше,'г играет роль н о л л е и т о р а, тогда как в случае бездрейфовых (сплавных) транзисторов исходная пластина служит основной для создания слоев эмиттера н коллектора, а сама она в " Р ~ и+ р Б К дальнейшем играет роль бвз ы.
и) Резкая асимметрия дрей- Р фоаых транзисторов ) делает Ид прантнчесни не о бр а- з) К) г.'нмым и приборами. Кроь)р, ' "'ГОГО, Оиа ОСЛОжНяЕт аиа- Рнс. 4-36. Упрощенные структуры Дрен- фоаых траыисторои. тех случаев, когда суше- а — выводы алектродов в равных плоекоетях щЗЕННН Н Е О д Н О М Е р Н О С Т Ь (меаатехнологня н еплавно-даффуаяоняав технологням б — вмводы электродов в одной тйрННЗНСТОра. ОдиаКО Прн аиа- плаокоетн )планерная технология). Точками ЙНЗЕ НОРМаЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЬ- "'"'""" """" '"' " '"" 'Ра к ""' тору.
Йг)го режима использование (а(феерией модели вполне оправдано, поскольку движение ин(йй)антировзниых носителей в а к т и в н о й области базы проис(к)(~ит почти строго по оси х (рис. 4-36). '- ' Кан уже отмечалось, база дрейфовых транзисторов получается (атаги дИффуЗИИ ПРИМЕСЕЙ В ГЛубЬ ИСХОдясй ПЛаСтИНЫ (На рнС. 4-36 ((й()ль оси х). -.',.;:.Согласно законам диффузии распределение примесных атомов ййй'лое базы должно выражаться дополнительной функцией ошибок М; (4-149)): г' к А)а (х) = гУа (О) сег( ~ ) ). (й(й 'х — расстояние, отсчитываемое от эмиттера в глубь базы; Е)у— 'хм()единя длина диффузии п р и м е с и за время нагрева. '-:! Поснольку функция сег1(з) близка к спадающей экспоненте (чйь.
сноску на с. 84)„можно записать приближенное выражение йт'а (х) )Уа (О) с (4-120) анйм р г й Рые й р й й й ~ ой ))Мтнрам сионестиеннз асимметрия электрическая: каллекторныэ н эмиттерныа гхннфй(т;и.отличие от снланныд транзисторен имеют резко отличающиеся удельные Ф(ф)йс)тязленни. В работе !761 ка основании нзмереяий отмечается, что в реальных приборах распределение примесей ближе к экспоненте, чем к функции ошибок.
Поэтому функция (4-120) является не толька приближением, но и экспериментально установленным фактом. Диффузионная технология позволяет получить очень тонкую базу, что само по себе (даже без учета распределения примесей) приводит к ряду важных следствий. А именно, при прочих равных условиях существенно уменьшается время диффузии (в и увеличивается коэффициент передачи (), поскольку оба эти параметра зависят от квадрата толщины базы'. Толщина базы у дрейфовых транзисторов в 10 — 20 раз меньше, чем у, сплавных, а.потому время диффузии (р и постоянная времени т оказьваются меньше в сотни раз; соответственно увеличивается граничная частота 1,. Коэффициент передачи р по тем же соображениям должен был бы доходить до 3000 и больше.
На самом деле он значительно меньше и обычно не превышает 200 — 300. Это объясняется тем, что величины а и (1 зависят не только от толщины базы, но также от времени жизни и коэффициента инжекции. В связи с повышенной концентрацией примесей вблизи эмиттера время жизни в базе дрейфового транзистора значительно меньше, чем у сплавного (см. рис 1-24, а), а коэффициент инжекции более заметно отличается от единицы (см. (2-35)1. Тем не менее у специальных типов дрейфовых транзисторов !771 удается получить значения р до 5000 и более, уменьшая толщину базы до долей микрона '. Однако такие значения !1 получаются за счет резкого уменьшения рабочих напряжений: напри- жение смыкания (4-78) составляет у этих транзисторов всего 1 — 1,5 В.
Теперь учтем неравномерное распределение примесей в базе на примере р-и-р транзистора (рис. 4-37, где Еа — длина диффузии доноров) и покажем те следствия, к которым приводит такая неравномерность. Прежде всего очевидно, что слой базы, прилегакхций к коллекториому переходу, является почти собственным полупроводником, так как здесь продиффундировавшие донорные атомы в значительной мере компенсируют акцепторные атомы исходного кристалла. Следовательно, удельное сопротивление этого слоя базы велико и коллекторный переход оказывается довольно широким. Соответственно емкость С, получается значительно (почти иа порядок) меньшей, чем у сплавных транзисторов; она может составлять несколько пикофарад и менее. По вполне понятным причинам коллекторный переход является плавным, а ие ступенчатым, и потому емкость С„ описывается формулой (2-83).
По мере удаления от коллектора в глубь базы концентрация доноров растет, а удельное сопротивление уменьшается. Сопротивление активной области базы можно рассматривать как результат ь Зависимость т, мл очевидна на Га.аа), а аавнснмость 9 1/ыт— вв (4-7об). а Транзисторы етого типа принято называть «супербета-'гравансторамнт.
Для ннх характерны аначення гв= 0,2ь0,3 мхм. параллельного соединения отдельных слоев, имеющих разную удельную проводимость. Очевидно, что сопротивление гз определяется в основном тем участком базы, который прилегает к эмитгерному переходу и имеет наибольшую удельную проводимость. Поэтому, несмотря на значительно меньшую толщину базы ш, значение г у дрейфовых транзисторов примерно такое же, как у сплавных, и даже меньше. Эмиттерный переход у дреифовых транзисторов, как правило, ступенчатый. Поскольку граничная концентрация доноров в базе )у, (О) велика, концентрация акцепторов в эмиттере должна быть еще большеи и эмиттерный переход получается очень узким.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
