Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Пер- воначальная концентрация Яуи = 10' см '. Из-за роста концентрации изменяется уровень Е~ь т. к. Ег„, — Е = !гт)п — и л) Ек, — Ь, = И" !п — "- и, =ай!/ь = Е, з — Е,, Решение 9(хл = Ек — Еы = 'х Т 1п (~У~, !галл ) = О 026! и (3 10 5! 10 ~) = О 03 зВ иь --- 0,03 В, При х,„. = 120 нм удельная емкость: С„= с„„, lх„„= 2,84х!0 ' Фlсмз; (/„= !7з = -2(l, = — 2О, 1п(А', Пг, ) = — 2 О, 026 !и ~3. ! Оо Г (1, 4 10" )) =- — 0,64 В Это приводит к тому, что изменяется величина Ф„„= -0,3 ч- (/к, При ориентации (111) поверхностная плотность заряда, локализованного на границе раздела "полупроводник— оксид", Д„= 5х10 " Кл!ем~, г) =- 8х)0 ' Кл!ем~.
Считается, что и, = 1,4х!0 ' см губ 3 Интегральные транзисторные структуры (3 = (2в,„,дЧ~, (2(l, 1) = (2 12 8 85 1О" н 1,6 " 3 1О' 2 О 64) ' = 2 55х10 " Кл)сьт~; Я, 0я,, 510' 1,610" 3,6110' Са 2,84 1О 2,84 1О т В.б. Определение тока через базу р — п — р-транзистора Я Обьясните механизм протекания тока через базу р — и — р-транзистора, работающего в условиях нормального сиещегтия. Для иллюстрации построгйте зонную диаграмму. 1)усть транзистор имеет следующие параметры; эффективность эмиттера 99%, коэффициент переноса 99,5%, коэффициент ударной ионизации 100%. Вычислите ток коллектора, если ток базы равен 20 мкА, а ток утечки "коллектор — база" при разомкнутой цепи эмиттера составляет 1 мкА, Решение Как в р — и — р, так и в и — р — и-транзисторах при нормальном смешении переход эчггттер — база смещен в прямом направлении, а переход "коллектор — база" - — в обратном направлении, Однако в р — и — р-транзисторе электропроводность эмиттера р-тнпа обычно выше, чем электропроводность базы п-типа, и иа обоих переходах преобладает дырочный ток.
Таким образом, ток в р — и — р-транзисторе обусловлен главным образом дырками. На рис 3.27 показаны распределения напряжения 1' и энергии е в р — и--р-переходе при нулевом смегцении. Толщина обедненного слоя в р-области меньше, чем в п-области, уровень Ферми ея не изменяется во всех трех областях, и результирующий ток равен нулю. Рис. 3.27. Профиль транзистора (а) и распределение напряжения (б) и энергии зон по его длине (е) а) б) е) ~а Рис. 3.28 приведены распределения напряжения И и энергии е при нормальном рабо"ем смешении. Видно, что толщины обедненных слоев, а следовательно, и распределения напряжения и энергии изменяются. У границы левого р — и-перехода устанавливается пзоыточная концентрация дырок, в Результате чего происходит их инжекция с границы обедненного слоя "эмиттер — -база". ~ня<ектироваггные дырки днффундируют через область базы, в которой незначительное "х число рекомбинирует с электронами. Следовательно, существует поток электронов в Часть И.
Микроэлектроника базовую область (из внешней цепи), непрерывно восстанавливающий число электронов, теряемых при рекомбинации. Остальные дырки, не участвующие в рекомбинации, посту пагот на коллектор. а) б) Рис. 3.28. Профиль транзистора (в) н распределение напряжения (Е) и энергии (е) прн нормальном смещении Транзисторный эффект имеет место в зом случае, если толщина базы между переходами меньше лиффузионной длины неосновных носителей заряда (дырок) в базе. Таким оо Разом, дырки, инжектируемые в область базы, диффундируют непосредственно к кол лектору.
Поскольку типичные значения ).„и Иг равны )() и ) б ~ м, то рекомбинация незначительна. Коэффициент усиления по постоянному току и транзистора в схеме с общей базой за висит главным образом от трех факторов: эффективности эмиттера у; О коэффициента переноса (); () коэффициента ударной ионизации М. гуу ч Интегральные транзисторные структуры ,~ожно записать а =- у!) М, (3.5. ! ) Но, поскольку М = ! (3.5.2) Подставляя числовые данные в это выражение, получаем а=0,99 0,995 =0,985.
Из рис. 3.28 видно, что ток коллектора определяется выражением 1, = а1, ч 1„,-„„ (3.5.3) где 1„м — ток утечки (ток коллектора, когда на базу подано обратное смещение относительно коллектора, а эмиттериая цепь разомкнута). Ток эмитгера равен . Надставим это равенство в выражение (3.5,3): 1„=п(1к'.1) ь 1„а, или 1к(! ") = с)г ь 1„г,„. Отсюда и ! 1 = — 1,ч — 1м= я я ! — а ! — а ! 20 )О ь ! !О =1,38мА. ! — 0,985 ! — 0,985 ~3.6Д Электронная и дырочная компоненты тока Начертите схему, показывающую разделение токов на электронную и дырочную компоненты, и укажите направление этих компонент в различных областях р — п — р-транзистора, работающего в условиях нормального смещения. Исходя из диаграмлзы, покажите, что ток базы 1я — 1„(! — а) — 1„я„, где а — пРоизведение тРех величин: эффективности эмиттерау, коэффициента переноса !3 и коэффициента ударной ионизации М.
1(усть в транзисторе, включенном по схеме с общим змитгером, ток утечки 1,е =- !00 нА лля получения общего тока коллектора ! мЛ ток базы должен быть равен )О мкА. Вычислите коэффициент усиления по постоянному току для этого транзистора и ток утечки 1„„ Решение На Рис. 3.!3 (см. выше) схематически показано распределение токов на электронную и дь1рочную компоненты и их направление в различных областях р — п — р-транзистора "Ри нормальном смещении: эмитгерный переход смещен в прямом направлении, а оллекторный — в обратном. Наглядно показаны величина и направление этих компонент.
)оки у(! -())1, и бу1,+ 1„,.„, являются дырочиыми компонегггами, а (! — т)1,, и 1„.ь. — элек- тронными компонентами. Часть 11. Микроэлектроника гу8 Если /, — ток эмиттера, тогда ток, достигающий перехода "эмитгер —.база", равен уу, (напомним, что у — эффективность эмиттера). Следовательно, электронная компонента равна (1 — у)1,.
Дырочная компонента тока, достигающего перехода база — коллектор равна у()у„где б — коэффициент переноса. Поэтому дырочный ток в базе, обусловленный рекомбинацией носителей, равен у (1 — ()).ук Учитывая ток lгы обусловленный тел. лозой генерацией, ток коллектора можно записать в виде У» =ОУУ,+ге, или где а = ()у (в предположении, что коэффициент ударной ионизации М=- 1). Таким образом, в р — л — р-транзисторе ток обусловлен в основном дырками. Полный ток базы Ук = У,(! — У) + (1 — (3)УУ, — l,,„, = У,(! — а) — 1,,-„,. (3.6.1) Преобразуя это выражение, получаем, что ток эмиттера ук 1 — а 1 — а а ток коллектора (3.6.2) 1 — а 1 — а Когда Ук = О, у„„ г л 1-а Подставив в (3.6.2) числовые данные, находим а = 0,99, У„„= 100 100 1О" = 10 мкА. ~3.7. Распределение избыточной концентрации в базе и вычисление тока змиттера и дифференциального сопротивления между коллектором и базой Рассмотрите р -и — -р-транзистор, в котором площадь как коллекторного, так и эмиттериого переходов равна 1х10 чз, а коэффициент диффузии дырок в базе Ог = 5х10л м lс.
При Уя = 1,0 В распределение концентрации дырок в базе имеет вид, показанный на рис. 3.29. Рис. З.зз, Распределение концентрации высек з базе гУ9 3 Интегральные транзисторные структуры Определите ток эмиттера, обусловленный дырками, пренебрегая токами утечки. Вь>числите дифференциальное сопротивление между коллектором н базой при 1'ы = 9,0 В, ли толщина обедненного слоя кочлекторного перехода И' —. (1 + (Р„,, ) х10 ~ м; предположите, <то условия на переходе "эмиттер — база" не изменяются и соответствуют рису«ку. решение Плотность тока неосновных носителей (дырок) в базе определяется выражением .>„- -9 О>н(р бс Следовательно.
дырочный ток эмитгера 1„= — 9 (Э>гг(р,, >' >2т 5, >-де 5 — площадь перехода. ))аялон распределения избыточной концентрации дырок (рис. 3.29) г(»,, р,. 2,5 1О' — — — — — = — 2,5.10 дырок м ' >' м, Нх РУ 10 ' >л =-!,б 1О 50 10 (-2,5 1О ~) 1О = 2 10 ' еп Пусть И',„„„— полное расстояние между границей обедненного слоя коллектора со стороны коллектора и границей обедненного слоя эмиттера со стороны базы. Ток коллектора („=- 9оДь Г (Иь,„„, — (У = д(3„5р„, < Игя, где Иг„— эффективная ширина базы.
Таким образом, И'„„„, =- И'я е Ит =1О '~-(1-~ Ч((г,а).10 ~. Если И;.г = 1 В, то И'„„, = 1,2х10' м. Ток коллектоРа вычислЯетсЯ по фоРмУле (, 9о,.уР„.г(11ь„,— (1- 0>('„а) !о' !. Продифференцируем это выражение по (;,;,: гд еО>, Ир,,(-1>г>'/2) 10" Если 1„„= 9 В, то г(( 1О' см. г((' 3 О 64 ледовательно, дифференциальное сопротивление г =- гйгм,> Ш„=- 19,2 кОм. В. Модель транзистора по Эберсу — Моллу ф З.В, $ квнвалентная схема транзистора по Эберсу †.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
