--PAGE_BREAK--2.2 Вплив режимів роботи на параметри транзисторів
Залежність h21Б від струму емітера.При розгляді цієї залежності (мал. 2, а) відзначимо, що на початковій ділянці концентрація інжектованих емітером носіїв мала і велика частина їх рекомбінує в області емітерного перехіду. Відповідно ефективність емітера gневелика, мале і h21Б. Це характерно для кремнієвих транзисторів, де внаслідок малого значення niструми генерації-рекомбінації істотні. З ростом струму емітера інжекційний струм ( ~ ехр qU/kТ), росте швидше рекомбінаційного ( ~ ехр qU/kТ) і gзбільшується.
З подальшим збільшенням струму емітера відбувається ріст h21Б з наступної причини. При інжекції дірок у базу транзистора для збереження электронейтральності через електрод бази входить така ж кількість електронів. Розподіл електронів повторює розподіл дірок (див. мал. 1, в) так само, як у базі діода. Нерівноважні електрони не можуть дифундувати під дією градієнта концентрації від емітера до колектора, тому що з емітера немає припливу електронів і порушиться электронейтральність бази поблизу емітера.
Внаслідок рівності нулю струму електронів існує електричне поле, що перешкоджає дифузії електронів. Електричне поле в базі прискорює рух дірок до колектора. З цієї причини ефективний коефіцієнт дифузії дірок при високих рівнях інжекції подвоюється
.
Таким чином, зі збільшенням Iэ швидкість дифузії дірок через базу росте, що приводить до зменшення об'ємної і поверхневої рекомбінації, а, відповідно, до збільшення коефіцієнта переносу (2.13)і росту h21Б.
При більш високих струмах емітера виникають протидіючі явища. По-перше, збільшення концентрації електронів у базі ( що входять для компенсації заряду дірок) приводить до росту інжекційного струму електронів з бази в емітер, тобто до зменшення ефективності емітера. По-друге, з ростом концентрації інжектованих дірок може зменшуватися їхній час життя, що приводить до зменшення коефіцієнта переносу (ця причина не визначальна, так як tможе і збільшуватися).
Рис. 2. Залежність h21Б від струмуемітера(а) і напруги на,колекторі(б) і змінаконцентрації носіїв у базі при змініUк(Iэ= const) (в)
Унаслідок цих причин залежність h21Б (Iэ) (мал. 2, а) має максимум. Ріст h21Б на початковій ділянці пояснюється збільшенням gза рахунок більш швидкого зростання інжекційного струму емітера в порівнянні з рекомбінаційним. Подальший ріст h21Бобумовлений збільшенням коефіцієнта переносу bза рахунок збільшення коефіцієнта дифузії. Причиною наступного зменшення h21Б є зменшення g(ріст електронної складової Iэ).
Вплив колекторної напруги на роботу транзистора.Оскільки колекторний n-p-перехід включений у зворотному напрямку, то з ростом Uк відбувається розширення області об'ємного заряду переходу. Як відзначалося вище, для одержання g»1 необхідно брати матеріал бази з малою концентрацією основних носіїв. Тому розширення колекторного n-p— переходу відбувається в область бази і ширина бази зменшується. Згідно (2.13) це приводить до росту h21Б з збільшенням Uк.
Ефект зміни ширини бази під дією Uk має не тільки позитивне (ріст h21Б), але і негативне значення. Якщо, наприклад, транзистор працює в режимі постійного струму емітера (IЭ=const), то при зміні ширини бази під дією Uкградієнт концентрації інжектованих носіїв повинен залишатися постійним, тому що Iэ~Ñр(2.7). Тому зменшення W приводить до зменшення концентрації інжектованих носіїв на границі база — емітер (мал. 2, в, U’’k>U’k), а це еквівалентно зменшенню напруги на емітерному n-p- переході (2.12). Таким чином, має місце зворотний зв'язок між напругою на колекторі і напругою на емітері, а саме збільшення напруги на колекторі приводить до зменшення напруги на емітерному n-p-переході.
Отже, можна відзначити два небажаних ефекти, що з'являються при великих Iэ і Uk: зменшення gз ростом Iэ і наявність зворотного зв'язку між Ukі вхідним сигналом. Причиною обох ефектів є мала концентрація основних носіїв у базі, яку не можна збільшувати, тому що при цьому зменшиться g.
Обидваці ефекти можуть бути усунуті в конструкції транзистора з гетеропереходом у якості емітера. Один з варіантів енергетичної діаграми такої структури показаний на мал. 3. Тому що в якості емітера використовується матеріал з більшою шириною забороненої зони, чим матеріал бази, потенціальний бар'єр для дірок значно більший, ніж для електронів. Це дозволяє здійснювати практично однобічну інжекцію електронів у базу при будь-яких струмах емітера. Отже, gпри великих Iэ не зменшується.
Рис. 3. Енергетична діаграма п-р-п-транзисторазгетеропереходомпри робочихзсувах
Якщо в звичайному транзисторі для одержання g»1 необхідно область емітера легувати домішкою значно сильніше, ніж область бази, то в транзисторі з гетероемітером можна одержати g»1 і при зворотному співвідношенні. Тому область бази в такому транзисторі може бути легована значно сильніше, ніж область емітера і колектора. З ростом напруги на колекторі область об'ємного заряду розширюється в слаболеговану область, тобто в даному випадку в область колектора. Отже, ширина бази не змінюється при зміні Uк і зворотний зв'язок між входом і виходом відсутній. Якщо розрив енергії в зоні провідності більше ширини забороненої зони напівпровідника бази, то інжектовані в базу електрони можуть віддавати надлишкову енергію електронам валентної зони і переводити їх у зону провідності (Рис. 3.), тобто відбувається множення числа інжектованих носіїв. У цьому випадку коефіцієнт передачі струму h21э може бути більше одиниці, в чому ще одна перевага транзистора з гетеропереходом у якості емітера[7].
Перші зразки діючих транзисторів з гетероемітером вже отримані, і викладені вище розуміння в загальному перевірені. Однак на шляху їхнього впровадження у виробництво стоять значні технологічні труднощі. Основною проблемою є створення бездефектної границі розділу в гетеропереході, тому що на дефектах відбувається значна рекомбінація інжектованих носіїв і gзменшується.
продолжение
--PAGE_BREAK--