Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
рис. 15 [Л. 27].
- - - - дырки;--------электроны.
С ростом тока частота отсечки должна увеличиваться, так как время зарядки
(c)мит.тера обратно пропорционально таку. Тем не менее, когда ток
становится достаточно высоким и плотность инжектированных неосновных
носителей становится сравнимой или выше, чем концентрация примесей ш базе
|(так называемый высокий уровень инжекции), область, в которой действует
большое поле, первоначально локализованная на границе -база-
эпитаксиальный слой, перемещается к переходному слою между эпитаксиальным
слоем и подложкой, т. е. эффективная толщина базы возрастает от WB до WB
+ WC ! (ом. рис. 15). Описанное явление известно также под названием
эффекта Кирха (26] и может привести к значительному росту времени
задержки хес. Важно отметить, что при условии большого уровня инжекции,
когда токи велики и могут привести к по-
явлению достаточных полей ib области коллектора, классические
представления о четких определенных областях у переходов змиттер - база и
.база-коллектор оказываются неприемлемыми. Необходимо численно решить
основные дифференциальные уравнения (для плотности тока, уравнения
непрерывности, а также уравнения Пуассона) с .учетом граничных условий,
приведенных к электрическим выводам транзистора. 'Вычисленные результаты
(Л. 27] для распределений электрического поля при |t/CBj=i2 в и при
различной плотности коллекторного тока представлены на ряс. 16 .(для
профиля легирования, показанного на рис. 15). Заметим, что когда ток
возрастает, пик электрического поля движется от точки А к точке В.
¦На рис. 17 показаны 'соответственно распределения дырок и электронов для
\Vcb\ =2 в. Отметим, что когда ток возрастает, граница между базой и
коллекторным переходом становится менее четкой. На рис. 18 представлены
рассчитанные времена задержки от эмиттера к коллектору, tec, которые
определяются в его наиболее точном смысле как dQ/dJ с, где Q- полный
заряд всех дырок на единицу площади (для п-р-п транзистора), т. е. для
тех носителей, которые электрически связаны с базовым контактом. При
низкой плотности тока величина тсс падает с ростом /с, как следует яз
уравнения (41), и коллекторный ток главным образом переносится благодаря
дрейфовой компоненте
J с ^s'qipc'Nс ё с, .(42)
где ipc, INc и ёс-подвижность, концентрация примесей .и электрическое
поле в коллекторном эпитаксиальном слое соответственно. Когда ток
возрастает, величина tec достигает минимума .и быстро возрастает вблизи
Ток /1-это .ток, при котором достигается максимальное одно-родное
электрическое поле ё c={U co+\Uc,b\) 1^ с, где U с о - встроенный
потенциал коллектора и UCb -приложенное напряжение коллектор--'база. За
этой точкой l(/i) ток уже не .может проноситься полностью через
эпитаксиальную область коллектора благодаря только наличию 'дрейфовой
компоненты. Из уравнения 1(42) .следует, что
Ii - qp,cN c{U coA-\U св\) IW с- (43)
Согласно вышеупомянутому эффекту Кирка этот ток является оптимальным для
максимальной частоты отсечки. Необходимо обметить, что когда \Uсв\
возрастает, соответственно возрастает и величина h-
Теперь -мы можем сравнить теоретические ,и экспериментальные значения
частоты отсечки для различных транзисторов, сделанных
10~8
сек
10~9
10Г
Рис. 18. Время задержки от эмиттера к коллектору тес в зависимости от
плотности коллекторного тока для прибора, показанного на рис. 15 [Л. 27].
на 'базе одной и той же технологии и одних и тех же основных параметров
материала {Л. 28, 29]. (Геомет.рия приборов, которую мы будем
использовать, 'Показана на рис. il'2,6. Достигнутые в настоящее время
успехи в технологии позволяют получить следующие
Таблица 6-1
Параметры для расчета характеристик транзисторов
Параметры Ge Si GaAs
Р-п (для 1VB=4-1017 слш3), см2/в-сек 2 300 480 2 800
(для WB=4-1017 см~г), см^/в-сек Диэлектрическая постоянная 540 270
200
16 12 12
Критическое поле
?т (для Nс-'& ¦ 10'5 см~3), в/см 2ХЮ5 3.4ХЮ5 3.8ХЮ5
Дрейфовая скорость, см/сек: 6ХЮ6 10' 10'
электронов
дырок, 6ХЮ6 6X1 og 10'
размеры: 1ГВ=Ю,'15 мкм\ Wc=\l мкм\ 5=11 мкм. Основные параметры
.материала, которые будут использованы [для расчета, перечислены в табл.
6-1 Теоретическая частота отсечки, рассчитанная -по уравнению :(41) при
/с = 1000 а/см2, и экспериментальные .результаты приведены в табл. 6-2.
Заметим, что для данного лолупровод-
Таблица 6-2
Частота отсечки fT, Ггц
Транзистор Ge Si GaAs
Теоретическое значе- п-р-п 10,4 8,6 18,5
ние р-п-р 6,7 5,2 5,0
Экспериментальное п-р-п >7 >8 1,4
значение р-п-р >6 >5 0,7
никового -материала п-р-п транзисторы имеют более высокую частоту
отсечки, чем р-п р транзисторы. Это объясняется главным образом тем, что
подвижность неосновных носителей |(электронов) в базовой области и
предельная, обусловленнная рассеянием скорость основных носителей .(также
электронов) в коллекторной области больше для п-р-п транзистора, чем
соответствующие характеристики для р-п-р транзистора
