Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 55
Текст из файла (страница 55)
б) Рис. ЗЛ2. Структура зпитаксиально-пленарного и' — р — и-транзистора (в) и его условное обозначение (б) Под эмиттерной областью расположена активная область транзистора, представляюшв вя собой и' — р — и-структуру. Физические процессы диффузии и дрейфа носителей в этой области и определяют эффективность работы транзистора. Конструктивно биполярный транзистор представляет собой совокупность двух взаим имо.
действующих р — п-переходов, включенных навстречу друг другу. тивоЭпитаксиально-планарный транзистор р — и — р-типа имеет те же области, но с протг'в положной транзистору и — р — п-типа проводимостью. На условном обозначении стр елка эмиттера направлена к базовому эчектроду. а Интегральные транзисторные структуры З,3.2. Физические основы работы биполярного транзистора рассмотрилг физические процессы в стрултуре типа р — п — р. Анвюгичные процессы происходят н в структуре типа и — р — и.
В активном режиме работы транзистора эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторныгз — в обратном /рис. 3.13). Эмитгерная область легирована достаточно сильно, так, чтобы выполнялось условие р., » пз, где р, — концентрация дырок в эмизтере, пз — концентрация электронов в базе. В этом случае основные носители эмитгерной области — — дырки, вследствие градиента концентрации диффундируют в базу, где они являются неосновными носителями. Этот процесс перехода дырок в базовую область называется инзгекз/ией.
Количественно процесс инжекции характеризуется коэффичиеншом ижхгекчигс /„, 7= — "' /я, + 1„. где 1„и 1,, — ток дырок и электронов через эмиттсрный р — п-переход, соответственно. Эффективность эмиттера тем выше, чем больше у, и при у.= 1 ток электронов /н, = О. Другими словами, максимальная эффективность эмиттера достигается при отсутствии тока электронов из базы в эмиттер.
Обычно коэффициент инжекции составляет у = 0,9995. Оказавшись в области базы, дырки перемецгаются под действием градиента концентрации к коллекторному переходу. На своем пути оии встречают электроны, являющиеся основными носителями в области базы, и тазг рекомоинируют. Толщину базовой области 1/г подбирают так, чтобы потери на процессе рекомбинации были минимальньь Обычно /Р« /м, где /.г — диффузионная длина неосновных носителей в базе, которая может меняться в пределах 0,3 — 1,5 мм.
Процесс рекомбинации дырок определяется коэффициентом 1„, и=— /я„ где 1,. — ток дырок в коллекторный переход, 1„, — ток дырок через эмиттерный переход. Рнс. 333. Схема токопереноса в биполярном р' — и — Р-транзисторе Часть П. Микроэлектроника 2бО В типичных биполярных транзисторах значение им 0,95 — 0,99, что означает, что лишь незначительная часть дырок рекомбинирует в области базы. Достигнув области коллекто. ра, дырки дрейфуют под действием градиента внешнего отрицательного электрическог~ поля н втягиваются в коллектор. Этот процесс называется эксигрскпыей (извлечением) зарядов. Сквозь коллекторный переход протекает ток, который равен 1,„= ул1,, Полный ток в цепи коллектора равен 1,.
= и1„ь 1.а,, где а — коэффициент передачи тока эмиттера к коллектору, а = ул; 1„а, — — обратный ток коллелтора, сильно зависящий от температуры. Ток в цепи базы обусловлен изменением заряда базы и определяется концентрацией основных носителей базы В базе транзистора происходят следующие процессы: С! диффузия электронов из базы в элзиггер навстречу потоку дырок; !Э рекомбинация с дырками дрейф электронов и дырок через обратно включенный коллекторный переход. Таким образом: 1х = (! — у) 1, ь (! - и) 11, — 1„„= ( ! - ск) 1, — 1ы . Если в цепь эыиттера подать входные сигналы, а в цепь коллектора включить нагрузку, то транзистор будет работать как усилитель сигналов.
Такой режим работы транзистора называется актпеньык Помимо активного усилительно~о режима рабаты транзистора существует и другие. Так если оба перехода включить в прямом направлении, то будет происходить встречная инжекция неосновных носителей в базу. Сопротивление транзистора минимизируется вследствие насыщения базы носителями. Такой режим работы транзистора называется ре жиче и посинения. Если оба перехода включить в обратном направлении, то пройдет процесс экстракции неосновных носителей в базу, и сопротивление базовой области станет большим.
Это режльн олзгечки тока, и он соответствует закрытому состоянию транзистора. Такил1 образом, транзистор может работать в режимах насыщения, усиления и отсечки. 3.3.3. Малосигнальные параметры .0% Под малььч сленалом будет подразумеваться сигнал, который при его увеличении на 50~' изменяет заданный параметр в пределах заданной точности. При этом используются ие большие участки ВАХ активной области транзистора.
Большой сигнал (импульсный с"' нал) использует значительные участки ВАХ, включая ее нелинейные части. Различают различные способы включения транзистора как четырехполюсннка: с ебш бщей базой (ОБ), с общим амитгером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 3. ! 4). Как и для любого четырехполюсника, для биполярного транзистора существуют два Ура авнения, которые связывают между собой четыре физические величины посредст~ ' вом четырех коэффициентов, играющих роль независимых параметров. гб( 9 Интегральные транзисторные структуры б) е) Рис.
З.14. Схемы включения транзисторов: с общей базой (а), с общим змнттером (б) и общим коллекторам (г). н биполярный транзистор, представленный как четырехпалюсннх (г); и (й, /ь Ог — выходные параметры г) Введем системУ гибРидных паРаметРов тРанзистоРа йг, физические РазмеРности котоРых неодинаковы. с б1 (э~ йзг ~('~ ~ где: н1 — — — выходное сопротивление в режиме короткого замыкания на входе по пе- '~ „,—.г ременному току; — коэффициент обратной связи в режиме холостого хода на входе по пере'Чз-г манному току, показывающий, какая доля выходного напряжения посту- пает на вход транзистора за счет обратной связи; й — — козффицие|п передачи тока в режиме короткого замыкания на выходе по переменному току (безразмерная величина); яз = — — выходная проводимость в режиме холостого хода на входе по переменно- з з=г му току.
Все эти параметры можно измерить приборами и вычислить по статическим характеристикам транзистора. На рис. 3.)5 приведены вольтамперные входные н выходные статические характеристики транзистора, включенного ло схеме ОВ н ОЭ, начення всех параметров транзистора зависят от режимов работы и температуры. При мат атематическом моделировании работы транзисторов существует несколько моделей. Вб биполярных транзисторах входной управляющий величиной является лиоо ток оазы, лно "оо ток эмиттера. Выходными управляемымн величинами являются эмиггерный или ко, оллекторный токи.
Прн рнведем без выкладок значения некоторых )з-параметров и,, )зм = — ')(/„г м т, г «г() — и) (десятки Ом--кОм); Часть //. МиирсэлактРа нииа 262 1ы = — '!(/,--с = а " (= 0,95+0,99); /! г = — "!/ и з+р,„(10м+!О ); (/ и = — (/ = — (= 1Π—,10 Ом ), /зи и та+(1+!1)т,,(»а= 50200 Ом); и, /тс и и (1 — и) /Аи и !), (!) и 100); 1 Ь„, = 0(1 — а) б/ а/ в/ г/ Рис. 3 ай, ВАХ транзисторов с общей базой (а, б) и общим эмипаром 1в.
г) 3 Интегральные транзисторные структуры и выходных характеристиках а качестве параметра выбирается выходное напряжение. СушествУют следУющие зависимости; 1к =а1„, 1к В1ь и В= —, 1-а где а =- 1„П, = ун: а =- 0.99 — 0,995, В = 100 — 200. Б свою очередь у можно определить как г где И' — ширина базы, 1., — диффузионная длина иеосновных носителей в эмнттере, 13., и 13з — коэффициенты диффузии носителей в базовой и эмиттерной областях, легированных до концентраций М, и Же Тогда у = 0,98 — 0,99.
оэффициент переноса и можно представить как 1У 2 и=- —, 12-т зе т — время жизни неосновных носителей в базе. еличина и очень близка к единице. .ЗА. Эиитаксиально-планарные и-р — и-транзисторы Биполярный зпитаксиально-планарный транзистор и — р — и-типа являезся одним из основных элементов интегральных схем (рис, 3.!2). По техническим параметрам он превос- ходит транзистор р — и — р-типа. Минимальные значения горизонтальных размеров транзистора определяются, прежде всего, топологическими нормами литографического процесса и глубиной боковой дифФузии примеси под окисел. Топология транзистора может быль асимметричной и симмезричногь при которой базовые и коллекторные электроды симметрично облегают эмиттер 11ри проектировании транзисторов большой мощности следует обеспечить максимальное отношение периметра эмиттера к его площади. С этой целью создаются "гребенчатые" "онструкции, позволяющие создать узкие эмиттеры с большим периметром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
