Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [ 56 ] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

Мы рассмотрим устройстпо лии1ь одного из подобных транзисторов - планар-ного. Особенностью планарных транзисторов (рис. 10.6) является то, что границы их р - п-иереходов зашищст1ы пленкой двуокиси кремт!ия (SiO), обладающей высокими изоляционными своГ[СТБами и обеспечивающей стабильность параметров и надежность работы прибора. Благодаря достижениям плаиарной диффузионной технологии в настоящее время созданы траиз]Зсторы с граничными частотами до 10 ГГц. Толщина базы у таких образцов транзисторов составляет примерно ОД мкм.

10.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

Для рассмотрения принципа работы биполярного транзистора поспользуемся схемой, приведенной на рис. 10.7. Из рисунка видно, что транзистор представляет собой по существу два полупроводниковых диода, имеющих одну общую область - базу, причем к эмиттер-ному р - /г-переходу приложено напряжение в прямом (пропуск-

Ишеиция Эистракция Э б



Рис. 10.7: К пояснению прин- Рис. 10,8. Энергетическая

ципа работы транзистора. диаграмма включенного тран-

зистора.

ном) направлении, а к коллекторному переходу приложено напряжение £"2 в обратном иаправлении. Обычно £"2 > £11. При замыкании выключателей Ы и В2 через эмиттериый р - п-переход осуществляется инжекция дырок из эмиттера в область базы. Одновременно электроны базы будут проходить в область эмиттера. Следовательно, через эмиттерный переход пройдет ток по следующему пути: -f-£i, миллиамперметр mAi, эмиттер, база, миллиамперметр т/12, выключатели В2 и В1, - Ех-

Если выключатель 5/ разомкнуть, а выключатели В2н. 55 замкнуть, то в коллекторной цепи пройдет незначительный обратный ток, вызываемый направленным движением неосновных носителей заряда - дырок базы и электронов коллектора. Путь тока: Л-Е=, выключатели ВЗ и В2, миллиа.мперметр т/1,2, база, коллектор, миллиамперметр mAS, -Е.

Таким образом, каждый из р - п-переходов в отдельности подчиняется тем закономерностям, которые были уста}ювлены ранее (см. параграф 7.3)1



Рассмотрим теперь прохождение токов в цепях транзистора при замыкании всех трех ключей. Как видно из рис. 10.8, подключение транзистора к внешним источникам питания приводит к изменению высоты потенциальных барьеров р - м-переходсв. Потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается, а коллекторного - увеличивается.

Ток, проходящий через змиттерный переход, получил название эмиттерного тока (/э). Этот ток равен сумме дырочной и электронной составляющих

/Э- hp+hn. (I0.I)

ЕслгЕ бы канцентрация дырок и электронов в базе и 3MnTfepe была одинаковой, то прямой ток через эмиттерный переход создавался бы перемещением одинакового числа дырок и электронов в противоположных направлениях. Но в транзисторах, как было сказано выше, концентрация носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере. Это приводит к тому, что число дырок, инжектированных из эмиттера в базу, во много раз превышает число электронов, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, почти весь ток через эмиттерный р - я-переход обусловлен дырками. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции у, который для транзисторов типа р- п-- р равен отношению дырочной составляющей эмиттерного тока к общему току эмиттера:

7 = =Т-=. (10.2)

Э Эр г Эп , , Эп

в современных транзисторах коэффициент 7 обычно мало отличается от единицы (у 0,999).

Инжектированные через змиттерный переход дырки проникают вглубь базы. В зависимости от механизма прохождения носителей заряда в области базы отличают бездрейфовые и дрейфовые транзисторы. В бездрейфовых транзисторах перенос неосновных носителей заряда через базовую область осуществляется в основном за счет диффузии. Такие транзисторы обычно получают описанным выше методом сплавления. В дрейфовых транзисторах в области базы путем соответствующего распределения примесей создается внутреннее электрическое поле и перенос неосновных носителей заряда через базу осуществляется в основном за счет дрейфа. Такие транзисторы, как уже oтreчaлocь, обычно получают методом диффузии примесей.

Несмотря на определенные различия в механизме прохождения носителей заряда через базу, и в бездрейфовых, и в дрейфовых транзисторах дырки, попав в базу, для которой они являются неосновными носителями заряда, начинают рекомбинировать с электронами. Но рекомбинация - процесс не мгновенный. Поэтому почти все дырки успевают пройти через тонкий слой базы и достигнуть коллекторного р - tt-перехода прежде, чем произойдет рекомбинация. Подойдя к коллектору, дырки начинают испытывать действие электрического поля коллекторного перехода. Это поле для дырок является уско-



ряющим, поэтому они в результате экстракции быстро втягиваются из базы в коллектор и участвуют в создании та/шл:о.жл:шора. Цеиь коллекторного тока: +£2 выключатели ВЗ и ВК миллиамперметр тА1, эмиттер, база, коллектор, миллиамперметр пхАЗ, - (см. рис. 10.7).

Принимая во внимание малую степень рекомбинации дырок с электронами в области базы, можно считать ток коллектора /к примерно равным току эмиттера Ь:

/к~/э. (10.3)

Те дырки, которые все же рекомбинируют в области базы с электронами, участвуют в создании тока базы h, проходящего в цепи: +£1» миллиамперметр mAU эмиттер, база, миллиамперметр тЛ2, выключатели В2 и В1,-- Е-. Следовательно, ток базы равен разности токов эмиттера и коллектора:

h=-h-U. (10.4)

Нетрудно заметить также, что ток эмиттера, измеряемый миллиамперметром тА1, равен сумме токов базы и коллектора, измеряемых соответственно приборами тА2 и тАЗ, т. е.

/э = /б + /к. (10.5)

Необходимо обратить внимание иа то, что, хотя электроны и дырки дв]1жутся в противоположных направлениях, токн в цепях транзистора проходят в одном направлении, совпадающем с направлением движения носителей заряда положительной полярности <- дырок. Это нетрудно понять, если учесть, что противоположное направление движения электронов и дырок компенсируется их противоположным знаком. Следовательно, при образовании тока в цепях транзистора речь дюжет идти не о разности, а именно о сумме электронной и дырочной составляющих.

Для оценки влияния рекомбинации носителей заряда в базе на уснлительные свойства транзистора используется коэффициент переноса носителей в баге, который показывает, какая часть инжектированных эмиттером дырок достигает коллекторного перехода.

Этот коэффициент можно определить по формуле

Ь= . (10.6)

Коэффициент переноса 6 тем ближе к единице, чем меньше толщина базы и концентрация электронов в базе по сравне1[ию с концентрацией дырок в Элмиттере.

Одним из основных параметров транзистора является коэффициент передачи тока эмиттера, который равен отношению приращения тока коллектора к приращению тока эмиттера при неизменном напряжении на коллекторном переходе:

а = . (10.7)



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [ 56 ] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0012