Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
JB
W
_tsb( 77
.(25)
и ат (коэффициент переноса), равный отношению дырочного тока, дошедшего
до коллектора, к полному эмиттируемому в базу дырочному току:
(JP.\
\ дх )х=0 _ 1 (26)
( др \ , W \
\ дх )x=W Ch ( LB )
И у и "г меньше единицы, причем величины, которые отличают их от единицы
(I-у) и (1-ат), обусловлены и пропорциональны электронному току, идущему
из базового контакта.
В уравнении (25) доминирующим фактором является отношение пЕ1рв=Мb[Nе;
где <Nв и NЕ - концентрация .примесей, легирующих базу и эмиттер
соответственно. Необходимым для у-И является условие Л/в/Л^сЛ, или
требование, чтобы эмиттер был более сильнолегированным по сравнению с
базой. Коэффициент переноса ат {уравнение (26)] определяется отношением
толщины базы к диффузионной длине в базе. Для улучшения ат необходимо это
соотношение уменьшить. Согласно уравнению (26) коэффициент передачи не
зависит от плотности эмит-терного тока. Это справедливо только при
предположении, что переход плоский, а также при малом уровне инжекции.
Для реального транзистора, тем не менее, ао зависит от эмиттерного тока.
При очень малом эмиттерном токе для тока рекомбинации - генерации (так
называемого тока Саха -
Нойса - Шокли) |[Л. 7] в обедненной области эмиттера, так же как и
поверхностные токи утечки, сравнимы с полезным диффузионным током
неосновных носителей через базу, и, следовательно, эффективность эмиттера
оказывается низкой. С возрастанием полного эмиттерного тока диффузионный
ток начинает доминировать над током рекомбинации - генерации, и
эффективность эмиттера увеличивается. При дальнейшем увеличении тока
эмиттера (высокий уровень инжекции характеризуется условием, когда
концентрация инжектированных в базу неосновных носителей тока становится
близкой к концентрации основных носителей в базе) инжектированные
носители заметно увеличивают проводимость базы, что в свою очередь
уменьшает эффективность эмиттера. Детальный анализ может быть проведен
при решении уравнения непрерывности и уравнения токов Для диффузионной и
дрейфовой компонент. Снижение коэффициента усиления с ростом 1Е известно
также под названием эффекта Вебстера |[Л. 18]. Таким образом, коэффициент
усиления проходит
Рис. 7. Зависимость коэффициента усиления по постоянному току в схеме с
общим эмиттером от уровня эмиттерного тока '[Л. 18].
- рассчитанная;
О - экспериментальная.
через максимум и затем непрерывно уменьшается с ростом тока. Типичная
зависимость показана на рис. 7. Интересно отметить, что в то .время как
величина ро изменяется от 60, проходя через 65, до 20 при токе 1е=25 ма,
величина "о изменяется только от 0,983 до 0,954, проходя через
максимальное значение 0,984.
3. Схема с общей базой. В .предыдущем разделе мы видим, что
результирующие токи через три вывода транзистора обусловлены
распределением неосновных носителей в базовой области. Для транзистора с
высокой эффективностью эмиттера -выражения для вольт-амперных
характеристик ([уравнения (9) и -(10)] упрощаются до членов,
пропорциональных градиенту неосновных носителей
( др \
I ' I при х=0 и x=W соответственно. Таким образом, транзистор
обладает следующими основными свойствами:
а) приложенные напряжения определяют плотность неосновных носителей
посредством множителя exp (qU/kT)-,
б) величина эмиттерного и коллекторного токов пропорциональна плотности
градиента неосновных носителей (дырок) на границах переходов, т. е. при
х=0 и x=W;
в) базовый ток представляет собой разность между эмиттер-ным и
коллекторным токами.
6)
Рпо
W
е)
Рис. 8. Распределение плотности дырок в базе для р-п-р транзистора при
различных приложенных напряжениях (Л. 19].
а - нормальное включение, t/CB=const, U EB=v ar; б - нормальное
включение, f/PR=const, Ur
-оба перехода прямо смещены; б-'Диаграмма для /со - оба перехода обратно
смещены.
и Г
0;
С'О'
На рис. 8 показаны распределения дырок в базовой области n-п-р
транзистора для невысоких величин приложенного напряжения 1[Л. 19],
вольт-амперные характеристики могут быть интерпретированы с помощью
приведенных графиков.
Эмиттерный 1е и коллекторный /с токи являются функциями от приложенных
напряжений -UEв и UCB, т. е. из 'уравнений (9) и (10) 1е=Ь(Уев, Ucb) и
lc=h{UcB, UCb). Для полного отражения связи между током и напряжением
необходимы две собо-
ли
5
Ч
3
г
h Vcb =т
\гое
| we
/1е
UЕВ
ма
5
Ь
3
г
О
0,1 0,3 0,3 6
OJ
h h= 5ма
'tMa
Зма
iljua -- . 1ма
J o Uceo
\ho J /CU°e
б)
Рис. 9. Входная (а) и выходная (6) характеристики для типичного р-п-р
транзистора в схеме с общей базой ]Л. 19].
купности характеристик (кривых). Для практических целей особенно важными
являются входные и выходные характеристики.
Типичная совокупность кривых, характеризующих схему с общей базой,
показана на рис. 9. Выходные характеристики Ie=}(Ueb) показаны на рис.
9,а. Они подобны вольт-амперной характеристике прямы смещенного р-п
