Что показывает эффективность эмиттера

Зависимость коэффициента передачи тока от режима работы

7.4.1. Эффекты малых и больших уровней инжекции в базе транзистора

B В общем случае коэффициент передачи то-

ка базы биполярного транзистора имеет эк-

стремальную зависимость от тока коллек-

CУИ тора (рисунок 7.12).Такой вид зависимости

МУИ БУИ определяется увеличением эффективности

на малых уровнях инжекции, связанным со

снижением вклада тока рекомбинации в

ОПЗ и на поверхности эмиттерного p-n пе-

рехода в полном токе эмиттера, при увеличении прямого смещения или тока эмит-

lgI_C тера. Снижение коэффициента усиления определяется эффектами больших уров-

усиления В от тока коллектора

· эффект квазинасыщения коллектора при малых напряжениях источника питания.

Малые уровни инжекции

На малых уровнях инжекции значительный вклад в ток эмиттера вносят процессы рекомбинации в ОПЗ и на поверхности эмиттерного p-n перехода. Поэтому эффективность эмиттера значительно ниже идеального значения, определяемого диффузионными токами:

. (7.21)

. (7.22)

Решив квадратное уравнение относительно и подставив его значение в (7.21), получим

, (7.23)

где .

В реальном транзисторе эффективность монотонно возрастает при увеличении тока эмиттера с асимптотой γ₀ (рисунок 7.13,а). При токе I_E = 8I₀, γ = 0,5γ₀ (7.23). Таким образом, характеристический ток I₀ (8I₀) определяет минимальное значение тока эмиттера, при котором усиление тока базы начинает превышать единицу, и следовательно, характеризует режим микротоков входных каскадов усилителей.

ln I_D ln I_рек

от напряжения в полулогарифмическом масштабе (б)

Из анализа (7.23) следует, что для повышения усилительных свойств транзистора в микрорежиме необходимо увеличивать время жизни носителей заряда, т.е. уменьшать концентрацию рекомбинационных центров в объёме и на поверхности эмиттерного p-n перехода, и, следовательно, использовать операции геттерирования БДП и подавления дефектов упаковки, индуцируемых окислением. С точки зрения конструкции необходимо использовать структуру с малой площадью эмиттера с круговой либо квадратной топологией эмиттера, обеспечивающей минимальное отношение периметра к площади .

Второй причиной увеличения коэффициента передачи тока является увеличение дрейфовой компоненты тока эмиттера наряду с диффузионной при пролёте базы, которая моделируется введением эффективного коэффициента диффузии в базе (5.59):

.

Учёт диффузионного поля в базе с помощью D_B.eff приводит к увеличению коэффициентов переноса (7.15) и инжекции (7.16).

Большие уровни инжекции

На БУИ ток обратной инжекции из базы в эмиттер изменяется по более сильному потенциальному закону, чем ток прямой инжекции (5.69). В результате эффективность эмиттера уменьшается с ростом тока (5.72, рисунок 5.40). В схеме с общим эмиттером

,

где ;

– уровень инжекции;

Критическая плотность тока коллектора, при которой эффективность эмиттера в схеме ОЭ подает в два раза (Ζ =1), определяется уровнем легирования базы и её толщиной W_В:

. (7.24)

Уменьшение эффективности эмиттера усиливается двумерным эффектом оттеснения эмиттерного тока к периферии эмиттера.

Плотность эмиттерного тока выше на краях полоски эмиттера, чем в центре из-за поперечного падения напряжения на сопротивлении активной базы ( ) (рисунок 7.14). Потенциал края эмиттера относительно базы . В центре полоски эмиттера переход смещен до меньшей величины , где . Поэтому , и при некотором значении тока эмиттера: , основная часть тока протекает по периферии, а не всей площади эмиттера. Очевидно, что эффекты БУИ будут проявляться при меньших значениях интегрального тока в структурах с большей неоднородностью плотности тока эмиттера (большим сопротивлением активной базы ).

и потенциала эмиттера (б)

Для полосковой конфигурации эмиттера (рисунок 7.14,а) с двухсторонним базовым контактом

, (7.25)

где , – длина и ширина эмиттера;

– толщина активной области базы;

– удельное сопротивление активной базы.

Для уменьшения эффекта «оттеснения» эмиттерного тока необходимо использовать конструкцию транзистора с полосковой топологией эмиттера с малой шириной , большим периметром ( ) и малым удельным сопротивлением активной базы (транзистор с эмиттерным гетеропереходом) (7.25). По этой причине все дискретные транзисторы средней и большой мощности имеют полосковую топологию эмиттера. Увеличение отношения периметра к площади эмиттера позволяет расширить на порядок диапазон по току коллектора в усилительном режиме (рисунок 7.15).

от тока коллектора для различных параметров эмиттера (б)

Эффект Кирка или расширение квазинейтральной базы обусловлен влиянием динамического заряда подвижных носителей на конфигурацию объемного заряда и распределение по координате поля в коллекторном переходе. При протекании тока коллектора динамический (подвижный ) заряд носителей увеличивает объемную плотность заряда в ОПЗ со стороны базы, тем самым уменьшая её толщину, что приводит к увеличению квазинейтральной базы. Плотность заряда в ОПЗ со стороны коллектора уменьшается, и ОПЗ расширяется (рисунок 7.16) – динамический заряд; V – скорость дрейфа дырок в ОПЗ коллектора.

При постоянном напряжении коллекторного перехода положительный заряд ОПЗ со стороны базы должен быть равен отрицательному заряду со стороны коллектора.

.

Из этого равенства следует, что с увеличением динамического заряда или плотности тока толщина базы увеличивается ( уменьшается) .

В n-p-n транзисторе подвижный динамический заряд определяется электронами, . Но и в этом случае плотность заряда ОПЗ в базе будет увеличиваться, так как заряд ионов примеси базы в этом случае отрицательный, и толщина этой области будет уменьшаться с ростом тока коллектора, что приводит к расширению квазинейтральной базы.

.

Физическая толщина базы в отсутствии тока коллектора определяется как

, (7.26)

где W_Bj – металлургическая толщина базы.

Уменьшение толщины физической базы при увеличении обратного смещения коллектора (7.26) носит название эффекта Эрли.

.

Для произвольных значений тока коллектора , и толщина ОПЗ

.

Приращение толщины квазинейтральной может быть представлено в виде:

. (7.27)

. (7.28)

Проинтегрировав (7.28), получим:

. (7.29)

Напряжённость поля в n-слое изменяется по линейному закону, как в n-базе обратно смещённого p-n перехода (5.8). Однако наклон уже зависит не только от уровня легирования , но и плотности тока коллектора (рисунок 7.17). До некоторой плотности тока коллектора поле распределено аналогично обратносмещённому p-n переходу. При этом наклон в p-базе увеличивается (плотность заряда в ОПЗ базы увеличивается), а в n-коллекторе уменьшается (7.28). При плотности тока, которое носит название тока Кирка,

, (7.30)

поле в ОПЗ коллектора становится однородным (кривая 3), поскольку динамический заряд электронов полностью компенсирует заряд доноров.

Значение критической плотности тока определяется уровнем легирования , толщиной и приложенным смещением .

. (7.31)

. (7.32)

Для определения толщины «наведённой» базы проинтегрируем (7.28) при .

.

В плоскости n-n + напряжённость максимальна ( )

. (7.33)

, (7.34)

где даётся выражением (7.31), а из (7.30).

В большинстве транзисторов, реализованных диффузионной либо эпитаксиальной технологиями, коллекторный переход при небольших смещениях представляет собой линейный или плавный p-n переход (рисунок 5.2).

В этом случае форма ОПЗ имеет вид треугольника (рисунок 7.18), и наложение постоянной плотности динамического заряда смещает координату границ ОПЗ в глубь коллектора.

Увеличение толщины базы может быть представлено в виде: . Зависимость толщины базы от плотности тока коллектора имеет линейный характер

, (7.35) где – ток Кирка.

Эффект квазинасыщения связан с падением напряжения на омическом сопротивлении низколегированной n-области коллектора. При увеличении тока коллектора напряжение на ОПЗ коллектора уменьшается ; , где – сопротивление тела коллектора.

При превышении этого тока коллекторый переход смещается в прямом направлении, т.е. транзистор входит в режим насыщения. В этом случае из p-базы в прилегающую часть высокоомного коллектора инжектируются дырки, которые нейтрализуются электронами. Функцию блокирующего слоя коллектора принимает на себя оставшаяся часть n- слоя коллектора (рисунок 7.19) толщиной

; . (7.36)

Увеличение толщины за счет n-части коллектора имеет вид:

. (7.37)

Эффект квазинасыщения прояв-ляется в транзисторах с высокоомным коллектрором, работающих при малом напряжении коллектора.

Боковая инжекция из эмиттера определяет компоненту тока базы, связанную с рекомбинацией носителей на квазинейтральной поверхности базы, омическом контакте базы и в объёме пассивной квазинейтральной базы (рисунок 7.20). При увеличении тока коллектора смещение края эмиттера растет сильнее, чем в центре полоски (эффект оттеснения эмиттерного тока), что приводит к увеличению вклада тока боковой инжекции в базовый ток и падению коэффициента переноса. Величина тока боковой инжекции определяется боковой поверхностью (периметром и глубиной залегания эмиттерного p-n перехода), скоростью поверхностной рекомбинации и расстоянием между краем эмиттера и базовым контактом (К). Для уменьшения влияния боковой инжекции область под базовым контактом легируют основной примесью более сильно, чем в активной базе. Встроенное поле ограничивает боковую инжекцию и ток рекомбинации на базовом контакте. Кроме того, подлегирование базы уменьшает сопротивление пассивной базы, что улучшает быстродействие транзистора.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Какое влияние на эффективность эмиттера и коэффициент переноса оказывает увеличение удельной проводимости области базы в двух случаях: а) при пропорциональном изменении удельной проводимости эмиттерной области; б) при неизменной удельной проводимости эмиттерной области. [16]

Меры по увеличению эффективности эмиттера и коэффициента переноса позволяют достигнуть того, что в полупроводниковом триоде ток коллектора мало отличается от тока эмиттера, а ток базы невелик. [19]

С целью повышения эффективности эмиттера после электрохимического осаждения металла применяют неглубокое его вплавление, что приближает переход по инъектирую-щим свойствам к сплавному. [20]

Заметим, что как эффективность эмиттера у, так и коэффициент переноса Р являются внутренними параметрами триода. [21]

Отсюда видно, что эффективность эмиттера тем больше, чем больше проводимость эмиттера по сравнению с проводимостью базы и чем меньше ширина базы по сравнению с диффузионной длиной электронов. [23]

Так, для увеличения эффективности эмиттера галлий добавляют в электродный эмиттерный сплав. Кроме того, его добавляют, во многие электродные сплавы для омических контактов. [25]

Более существенным является уменьшение эффективности эмиттера вследствие быстрого роста электронного тока. [26]

Следует отметить, что как эффективность эмиттера у так и коэффициент переноса р являются внутренними параметрами транзистора. [28]

При этом предполагалось, что эффективность эмиттера близка к единице и коэффициент переноса носителей заряда по базе тоже близок к единице в связи с малым временем дрейфа носителей в базе по сравнению со временем их жизни. [30]

Источник

Полупроводник. Удельное электрическое сопротивление полупроводников. Энергетическая диаграмма полупроводника

Страницы работы

Фрагмент текста работы

плюс на область эмиттера, плюс на область коллектора; ( Ира)

2) минус на область эмиттера, минус на область коллектора; (Наташа)

106. Активный режим работы биполярного транзистора типа n-p-n обеспечивается подключением внешних источников

минус к области эмиттера, плюс к области коллектора;

107. У биполярного транзистора больше площадь

108. Эффективность эмиттера (коэффициент инжекции) это

как велика доля вводимых в базу неосновных носителей в общем токе эмиттера;

109. Эффективность коллектора биполярного транзистора характеризуется

отношение тока коллектора к его составляющей, обусловленной током эмиттера;

110. Коэффициент переноса биполярного транзистора характеризует

долю неосновных носителей, захваченных коллекторным переходом, в общем количестве неосновных носителей, инжектированных в базу эмиттером;

111. Ток эмиттера и ток инжекции неосновных носителей в базу соотносятся так

ток эмиттера больше;

112. Обратный ток коллекторного перехода обусловлен

неосновными носителями заряда, имеющимися в области базы и в области коллектора;

113. Интегральный коэффициент передачи тока эмиттера определяется

;

114. Коэффициент передачи тока эмиттера меньше единицы потому, что

происходит рекомбинация в базе части неосновных носителей инжектированных эмиттером;

115. Эффективность коллектора транзистора типа p-n-p в статическом режиме определяется

; (Наташа) ; (Ира)

116. Эффективность эмиттера в транзисторе типа p-n-p статическом режиме определяется

.

117. Эффективность эмиттера будет наибольшей при условии, что

уменьшится ширина базы;

118. Концентрация примесей больше в областях транзистора

в области эмиттера;

119. Связь между интегральным коэффициентом передачи тока эмиттера, коэффициентом переноса эффективностями эмиттерного g и коллекторного a * переходов в статическом режиме имеет вид

.

120. Концентрация примесей в базе намного меньше концентрации примесей в эмиттере для того

чтобы уменьшить вероятность рекомбинации основных носителей в базе.

121. Связь между коллекторным и эмиттерным токами в транзисторе при коллекторном переходе, смещенном в обратном направлении, имеет вид

;

122. Изменение коэффициента передачи тока эмиттера при изменении коллекторного напряжения объясняется

изменением ширины коллекторного перехода и собственно изменением толщины базы.

123. Значение коллекторного напряжения биполярного транзистора ограничено

напряжением пробоя коллекторного перехода

будет из-за наличия неосновных носителей базы и коллектора;

125. В базу биполярного транзистора типа р-n-р инжектируются

126. Соотношение между толщиной базы W транзистора и диффузионной длиной неосновных носителей в базе L определяется

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник