![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Схема с ОБВ основе работы БТ лежат двух- и трехмерные механизмы движения носителей заряда, но поведение транзистора, основы его работы могут быть поняты при рассмотрении его одномерной модели. В качестве одномерной модели можно использовать одномерное представление структуры активной области транзистора (рис.3.4 и рис.3.5). Псевдоконтакт — граница в нейтральной базовой области, которая не влияет на поток неосновных носителей, двигающихся к коллектору. Идеализация модели БТ заключается в игнорировании процессов, происходящих в ОПЗ эмиттерного и коллекторного переходов (т.е. считаемих бесконечно тонкими), а также токов, текущих параллельно переходам. При работе БТ в активном нормальном режиме (см. рис.3.1, в) эмиттерный переход смещается в прямом направлении, что является причиной инжекиии электронов из эмиттера в базу Inэ. Для обеспечения электронейтральности базы такое же количество дырок входит в область базы из базового контакта. Потоки электронов и дырок за счет диффузии и дрейфа проходят базу и достигают коллекторного p-n-перехода. Незначительная часть электронов рекомбинирует с дырками, создавая дырочный ток. Основная часть электронов втянется электрическим полем обратносмещенного коллекторного p-n-перехода, создавая ток коллектора Inк, а дырки чеpез базовый контакт уйдут в общий вывод. Допустим, ток эмиттера изменился на величину DIэ. Пренебрегая рекомбинацией в базе, считаем, что ток коллектора тоже изменится на величинуDIк»DIэ. Рисунок 3.5– Одномерное представление активной области планарно-эпитаксиального транзистора На прямосмещенном эмиттерном переходе падение напряжения будет равно Обозначим коэффициент передачи постоянного тока БТ, включенного по схеме с ОБ (коэффициент передачи тока эмиттера), который работает в активном нормальном режиме, через aN.
где
Получим выражение для эффективности эмиттера одномерной идеализированной модели транзистора
Учитывая, что
Уравнение(3.6) можно записать, используя числа Гуммеля как для базы GNБ, так и для эмиттера GNЭ:
где Число Гуммеля для базы — это количество примесных атомов на 1 см2 площади квазинейтральной области базы:
Число Гуммеля можно выразить через встроенный заряд QБ, который представляет заряд дырокна единицу площади в квазинейтральной базе при стремлении эмиттерного напряжения к нулю:
где плотность тока насыщенияjsопределяется в точке пересечения экстраполированной экспериментальной характеристики Для одномерной модели транзистора (рис.3.5) встроенный заряд можно определить как
Если бы все инжектированные в базу электроны достигли коллекторного перехода, то
где Величина тока рекомбинации обратно пропорциональна времени жизни носителей:
Поток электронов, достигших коллекторного перехода, уменьшится по отношению к инжектированному потоку на количество рекомбинированных в базе:
Из(3.11) получим величину коэффициента переноса носителей через базу
Чаще всего для расчета коэффициента переноса носителей через базу в дрейфовых транзисторах удваивают коэффициент диффузии
В большинстве интегральных транзисторов основной вклад в уменьшение коэффициента передачи тока
На рис.3.6приведены графики, показывающие уменьшение величины числа Гуммеля в эмиттере при сильном его легировании.
Рисунок 3.6 – Зависимость числа Гуммеля для эмиттера (нормированного по отношению к толщине нейтрального эмиттера) от концентрации легирующих примесей Во-вторых, при высоком уровне легирования возрастает рекомбинация, так как в сильнолегированных эмиттерах необходимо учитывать рекомбинацию Оже. Обусловленное этой рекомбинацией время жизни убывает как рnэ2 и может быть значительно меньше времени жизни, обусловленного рекомбинацией типа Шокли-Рида-Холла, Величина коэффициента передачи тока БТ, работающего в активном инверсном режиме, aI <<aN по двум причинам. Во-первых, в выражениях для g(3.6) и (3.8)вместо числа Гуммеля для эмиттера GNэ (3.14) нужно подставлять число Гуммеля для коллектора GNк или вместо проводимости эмиттера sэ(3.7) — проводимость коллектора sк, причем известно, что GNэ>> GNк и sэ>>sк. Во-вторых, электрическое поле в базе, направление которого способствует переносу неосновных носителей от эмиттера к коллектору, будет препятствоватьих движению от коллектора к эмиттеру. Коэффициент передачи переменного тока БТ в схеме с ОБ, работающего в активном нормальном режиме aN, можно записать:
В зависимости от величины тока эммитера Iэ величина aN может быть как больше, так и меньше величины aN в силу нелинейной зависимости коэффициента передачи тока aN от тока эмиттера (cм. разд.3.5). Запишем выражение, связывающее входной и выходной токи БТ для схемы с ОЭ, работающего в активном нормальном режиме:
где
Физическую причину усиления тока в схеме с ОЭ можно объяснить исходя из следующих соображений. Пусть в момент времени t в базу поступает р1 дырок (базовый ток из источника Ебэ). Высота потенциального барьера эмиттерного перехода уменьшится, и из эмиттера для соблюдения электронейтральности базы поступит n1 электронов, n1 = р1. Пакеты электронов и дырок в момент времени t2 достигнут коллекторного перехода, потеряв за счет рекомбинации в базе Это количество дырок вызовет, понижая барьер, 2n1 электронов и т.д. Нарастание потока электронов будет происходить до тех пор, пока число рекомбинирующих электронов не станет равным числу дырок, поступающих в базу, т.е. пока не будет выполняться условие
Так как количество электронов n пропорционально Iэ, а
|