Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 53
Текст из файла (страница 53)
В результате при подаче ® йа эмитгер отрицательного замирающего напряжения фили переход легко пробиваачся. Пробой носит туннельЛзяй характер (см. 5 2-7) и й))оисходит при очень небольфйм напряжении (1 — 2 В). :,Двобой эмиттера оказывает '4йаяительное влияние на ра11вгу многих импульсных ахам, в которых запирание вввнзястора является необхозйвчым элементом рабочего здскла. Эта важная специфи- Рис. 4.37. Распределение примесей в бзве Ф '""' дрейфовых транзисторов дрейфоаого транвястора. .является, однако, препят- ~(мнем для применения их в ключевых схемах, так как пробой ~$йхода при ограниченном токе является обратий явлением (как в полупроводниковом стабилитроне) и непред- ,';,' ляет никакой опасности.
Инжекция в режиме пробоя, как из«)йцгно, отсутствует, и, следовательно, по коллекторной цепитран'вястор остается запертым. Меньшая ширина эмиттерного перехода у дрейфовых транзис~~фов при прочих равных условиях означает большое значение барьфй)й емкости С,. Это обстоятельство вместе с гораздо более высокой ф(йотой ~„делает существенным влияние емкости С, иа коэффициент $~~Векции 1см. (4-30)1.
Иначе говоря, частотные свойства дрейфовых ~~йвисторов могут ограничиваться не временем пролета, а постоян- 4 емени т . Для того чтобы уменьшить влияние емкости С„ вые трайзисторы часто используют при большем токе эмнтнапример 4 — 5 мА вместо 1 мА. Тогда сопротивление г, ается и постоянная времени г,С, оказывается достаточно Т1';;-;.Конечно, значения барьерных емкостей С„и С, зависят не только .,„,":(зх)тношения удельных сопротивлений слоев, но и от площадей 'ф,.~ '„ переходов. Технология изготовления дрейфовых травзисюров обеспечивает гораздо меньшие площади, чем сплавная технология, и это способствует уменьшению барьерных емкостей. Однако относительная роль коллекторной емкости у дрейфовых транзисторов выше, поскольку в связи со специфической их конфигурацией (см.
рис. 4-36) площадь коллектора существенно брльше площади эмиттера. Заметим еще, что коллекторный слой у дрейфовых транзисторов может иметь сравнительно большое сопротивление. Это объясняется, во-первых, значительной толщиной коллектора (она близка к толщине исходной пластинки на рис. 4-36) н, во-вторых, тем, что исходная пластинка имеет довольно большое удельное сопротивление (в противном случае было бы трудно обеспечить высокое пробивное напряжение, малую коллекторную емкость, а также достаточный перепад концентрации примеси в базе, поскольку концентрация Жа (гп) растет вместе с концентрацией А7, „, см.
рис. 4-37). Большое сопротивление коллекторного слоя особенно нежелательно в ключевых схемах г. Распределение носителей в базе. Анализ дрейфового транзистора сложнее, чем бездрейфового. В самом деле, при наличии поля нельзя пользоваться диффузионными уравнениями (1-79), а нужно использовать полные уравнения непрерывности (1-78) вместе с уравнением Пуассона (1-80). Кроме того, следует учитывать, что подвижности носителей, а значит, и коэффициенты диффузии являются функциями концентрации примесей и, следовательно, существенно меняются вдоль базы.
При этом получается система нелинейных уравнений, разрешить которую в общем виде не удается. Поэтому подвижность так или иначе усредняют и считают постоянной. Считают также постоянным собственное поле в базе, причем это приближение имеет под собой довольно прочное основание, если положить в основу распределение примеси (4-120). Действительно, в $1-12 для такого распределения было получено (см. (1-94)): Е= —. %т (4-121) Следовательно, потенциал вдоль базы меняется линейно: грл (х) = ~рл (О) + <р~- —, А где ~рв (О) — электростатический потенциал на эмиттерной границе базы.
Соответствующая зонная диаграмма показана на рис. 4-38. Поскольку эта диаграмма, как и прежние, построена применительно а В последние годы найдены аффективные методы, позволяющие ооеспечить малое сопротивление коллекториого слоя при достаточно высоком его у д е л ьв о и сопротивлении (см. $ 4-13). и ' электронам, положительный градиент потенциала соответствует положительному полю, направленному по оси х. Такое поле способствует движению инжектированных дырок з. В равновесном состоянии электроны в базе дрейфового транзистора р-и-р распределены почти так же, как доноры, т.
е. нх концентрация экспоненцианьно уменьшается от эмиттера к коллектору. Концентрация дырок согласно (1-16) должна прн этом экспоненциально возрастать (рис. 4-39). Эти распределения поддержийаются благодаря тому, что диффузионные составляющие токов уравновешиваются дрейфовыми составляющими (больцмановское равновесие).
При включении достаточно большого отрицательного смещения нв коллектор концентрация Р (гп) согласно (2-13а) падает почти до нуля. Так как в точке х = 0 концентрация дырок с самого йачала была очень малой, приходим к выводу, что распределение Р (х), определяющее ток /„„будет почти таким Оэ ®,.~Г з. ® 'же, как и в бездрейфовых транзисторах [см. (4-28)1.
Однако тепловой ток дрей- з Е ~ ргс, фовых транзисторов имеет меньшее впадение из-за малой площади и меньшей Г йя 'тблщнны базы [см. (4-296)1. тйб ! : ',- Когда задан ток эмиттера и имеет 1 место инжехция, распределение носите-, 438 3 Рис. 4-38. Зоннзя диаграмма Мй получается весьма своеобразным, дрейбювого транзисторе в 6тпюдь не линейным, как у бездрейфо- равновесном состоянии.
щах транзисторов. В самом деле, если бы Ююкение дырок было чисто дрейфовым на всем протяжении базы, б)цгцентрация Р не должна была бы зависеть от координаты х, т. е. [г[сзвдставлялась бы горизонтальной линией. Однако вблизи точки х'-'; ш, гдер (ш) = О, неизбежен спад концентрации, а следовательно, (вазрастает роль диффузии. Поэтому в относительном масштабе распределение р (х) имеет приблизительно такой вид, как показано в)г"рис. 4-40 (кривые т[ = 1, 2, 4). Для тога чтобы найти распределения, показанные на рис.
4-40, [)оАетавим в уравнение непрерывности (1-78а) напряженность поли Зз (4-121); при этом выпадает член с дЕ/дх, поскольку Е = сопя[. ьзйоме того, учитывая замечания, сделанные применительно к расг/(веделению (4-17а), пренебрежем с самого начала генерационным ~Миом Ре/т. Тогда стационарное уравнение непрерывности для :.!~':,"' Наряду с основным у с к о р я ю щ и м полем, действующим нв протяйбвйн почти всей бвзы, имеется еще и т о р м о з я щ е е поле. сосредоточензой нн небольшом участке вблизи змнттерного перехода [78, !41. Пронсзолгдей[итоймозищегополи свЯзано с тем, что кРнвзЯ йгз (») У Резльнык пРибоРов гэивляетгл монотонно спадающей, кзк показано нз рвс.
4-3у, в имеет мзисимум и"'...,:» ~ О. В дальнейшем нзлнчие тормозящего поля не учитывается, тзк кзк ,.„, не меняет принднпнзльнык особенностей дрейфовых транзисторов. п о л н ы д концентраций можно записать в следугощем виде: 2Ч ар р б (4-122) Ьезразмерный коэффициент т) называется коэ0)бтициенгпом неодиородноогпи базы 1 Я= — ". в ж„.
(4-123а) Лля однородной базы, в кагорой 1.„ = оо, получается т) = О. Если в формулу (4-120) подставить х = го и положить Ьи = Л„ то коэффициент неоднородности Оз Об Ог( можно выразить через граничпэ1 од ные концентрации примеси: 2!и 31 ( ) . (4-123б) ! Ид (О) Том 2 Л' (ш) 00 чогз 0б 04 Уов 10г 0 02 ()Ф 0б ()б л/ш Рис. 4-40. Распределенге нонцентрации ннжентнрованных дырок в базе дрейфового транзистора при низних уровнях инженции. Рис. 4-39. Распределение равновесных ионцентраций носителей в базе дрейфового транзистора. Точками показано распределенне дырон при инженции (см.
рис. 4-40).. Отношение граничных ионцентраций (тд(0) и Ид(ш) может быть весьма большим, но все же оно ограничено. Действительно, значение Фд(0) должно довлетворять условию высаного нозффициента инженции (тд(0) Ч; Ид,э (где д.д — хонцеитрация анцепторных примесей в эмиттере), з значение Жд(ш), нан видна иа рис. 4-37, всегда превьппаег нонцентрацию )тгд,д в исходной пластине, Пасхальну концентрация И . ограничена (сверху) предельной растворнмо.
стью примесей, а нонцентрзция Ф,,„(снизу) — допустимым удельным сопротивлением нолленторного алая (или достюнимой сгепенью очвстхи полупроводнина), то Реальные отношениЯ гРаничных нонцентРапий Жд (О) и Фд (ш) обыЧно лежат в пределах от 10' до 10з, а ноэффициент неоднородйосги составляет Ч = 2 4. Общим решением уравнения (4-122) является функция р (х) = Агнца+ АзаЬд, (4-124) д Эту же величину часто называют яоэффияидншом ладя (см. с.
33). Разница в определениях (4-123а) и (1-124) объясняется тем, чта в 4 1-!3 талнгииа полупроводнина снизилась очень большой (ш чь ь), тогда нан в транзисторах толщина бары мала (и ~ й). Пгвгаму в первом случае параметр 1. была пелесообрааио сравнивать с величиной ь, а во втором случае — с величиной аь В формуле (4-125) введено специальное обозначение для относг(тельной толщины базы У бездрейфовых транзисторов этот параметр определяет величину коэффициента переноса х [см. (4-18)1. Теперь запишем граничные условия, с помощью котора!х можно цайти коэффициенты Л, и А,.
;, . Первое граничное условие можно основать на том, что полный йырочный ток при х = 0 равен сумме диффузионной и дрейфовой Саставляющих. Используя выражения (1-72а) и (1-73а), учитывая й(ютношение (1-74) н подставляя значение Е из (4-121), получаем: бр ! р(о) 1„, — ~ + (4-126 а) , ' В качестве второго граничного условия примем р(гп) =0; (4-1266) йзй) соответствует значению [(?„[ ь грг в общем выражении (4-166).
Используя корни (4-125) и найдя коэффициенты Л, и А, с по- (44))цью граничных условий (4-126), можно представить стационар()6р,'распределение концентрации в следующем общем виде: «р!'...' ' 1, гз е з)г~ 1'Ч'+Р ~! — ")~ р (х) оВ2 Ч Ь)«Чз+р+)«р+рсй р'Ч~+р " (4-127а) '~-', В случае однородной базы (т) = 0) выражение (4-127а), естест- [[21)тв, переходит в (4-176). При дополнительном условии ь .~'1 [з())зучаем почти линейное распределение (4-17в). Этому распреде~йн(о на рис. 4-40 соответствует кривая с параметром т) = О. о««:,:::".:,Если пренебречь рекомбинацией в базе, т.
е. положить г„= О, 2[1".:распределение приобретает существенно более простой внд '. — яо(! — — ) (4-12?б) В случае однородной базы, для которой ч= О, корни имеют значения и'= 1/).. При атом выражение (4-!24) переходит в выражение (4-15) с точ..до члена рз, опущенного в уравнении (4-122).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
