Дрейфовые транзисторы их параметры, преимущества и недостатки

Таким образом, можно сделать окончательный вывод, что при прочих равных условиях (W, NЭ, SЭ) наилучшими частотными свойствами будут обладать такие дрейфовые транзисторы, у которых будет обеспечена максимально возможная ширина коллекторного перехода.

Однако увеличение ширины коллекторного перехода приводит к появлению некоторых нежелательных особенностей. Одной из таких особенностей является

значительное увеличение рассеиваемой мощности. С одной стороны, мы определили, что дрейфовый транзистор должен работать при довольно больших (порядка 5—10 ма и более) токах эмиттера. С другой стороны, для того чтобы область объемного заряда распространилась на весь широкий переход, необходимы значительные (30—50 в и более) коллекторные напряжения. В этом случае рассеиваемая на коллекторе мощность будет составлять 300—500 мвт. В то же время размеры электродов (SЭ, SК) высокочастотных транзисторов должны быть меньше размеров электродов низкочастотных транзисторов. Уже исходя из этих соображений выбирать очень малые значения NК, при которых приколлекторная область имела бы удельное сопротивление, близкое к собственному, не представляется целесообразным.

Другим недостатком дрейфовых транзисторов с широким коллекторным переходом является сильная зависимость ширины перехода от напряжения на коллекторе. Особое значение это будет иметь при использовании таких транзисторов в импульсных схемах.

Высокое удельное сопротивление области коллектора нежелательно и из тех соображений, что это будет приводить к значительным падениям напряжения в теле коллектора. Для того чтобы уменьшить этот эффект, используют низкоомную пластину с нанесенным на нее тонким высокоомным эпитаксиальным слоем. Поочередной или одновременной диффузией в высокоомный слой донорных и акцепторных примесей создают сильнолегированную область эмиттера (р+) и область базы (п).

Распределение избыточных концентраций доноров и акцепторов в дрейфовом транзисторе (без соблюдения масштаба).

Рис. 3.1.

Толщина эпитаксиальной высокоомной пленки выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась заданная величина толщины базы W и ширины коллекторного перехода Wi (рис. 3.1).Сразу за границей перехода начинается низкоомная область тела коллектора (р+).

При изменении напряжения на коллекторе сначала (при малых напряжениях) переход распространяется как в сторону базы, так и в сторону коллектора. Очень скоро, однако, концентрация со стороны базы начинает превышать концентрацию со стороны коллектора. Переход начинает расширяться в основном в высокоомной части коллектора (рис. 3.2).

Зависимость распределения объемного заряда в диффузионном переходе и ширины перехода от изменения напряжения.

Рис. 3.2.

При достаточно высоких напряжениях ширина перехода достигает величины Wi и область объемного заряда — низкоомной части исходной пластины. Последовательное сопротивление тела коллектора, эффект которого во многом соответствует эффекту сопротивления базы, будет определяться величиной удельного сопротивления этой сильнолегированной части.

График изменения распределения неравновесных носителей с изменением толщины базы.

Рис. 3.3.

Расширение перехода в глубь базы будет изменять ширину базы, что приведет к появлению диффузионной емкости коллектора и коэффициента обратной передачи напряжения μЭК.

Из графиков рис. 3.3 можно видеть, что дрейфовый транзистор должен характеризоваться меньшими значениями μЭК и СКЭ по сравнению с бездрейфовым транзистором. Действительно, величина μЭК для дрейфового транзистора уменьшается в 15 раз при μ = 2 и почти в 400 раз при μ = 4.

Величина диффузионной емкости коллектора может быть рассчитана по формуле

(3.16)

Обратим внимание на один интересный момент. Из графика рис. 3.1 можно видеть, что, хотя в значительной части базы будет действовать дрейфовое поле, ускоряющее неосновные носители в направлении к коллектору, в части базы, непосредственно примыкающей к эмиттеру, градиент концентрации доноров имеет обратный знак. У самого эмиттера в области базы будет иметь место тормозящее поле. Расчеты и эксперимент показывают, что при малых токах эмиттера это тормозящее поле несколько снижает коэффициент передачи тока α.

Практически мы работаем при токах, обеспечивающих в этой области довольно значительную концентрацию неравновесных носителей. В результате эффект тормозящего поля становится практически неощутимым.

Перейдем к рассмотрению влияния величины подвижности на основные соотношения и параметры дрейфового транзистора. Следует заметить, что поскольку концентрации примесей в области базы транзистора будут практически заключены в пределах 1018—1018 см-3, то, рассчитывая основные параметры дрейфового транзистора, необходимо учитывать снижение подвижности при повышенных концентрациях, так как уменьшение подвижности начинается приблизительно со значений концентрации, равных 1015 см-3.

При концентрациях доноров (германий n-типа) свыше 1015 см-3 зависимость подвижности неосновных носителей (дырок) от концентрации хорошо аппроксимируется следующим выражением:

(3.17)

Этим выражением можно пользоваться до концентраций, равных 1018 см-3, т. е. во всем практически необходимом диапазоне изменений концентраций. Для экспоненциального закона распределения примесей зависимость подвижности дырок в базе от координаты х определится на основании

(3.18)

соотношением

(3.19)

где η- фактор поля.

Числовые коэффициенты в данном случае имеют размерность подвижности.

Полагая, что дырки движутся через базу в течение некоторого времени τ с некоторой средней скоростью Vcр,

(3.20)

получаем, что средняя скорость определяется средней подвижностью:

(3.21)

Определяя интегрированием пролетное время τ:

(3.22)

можно рассчитать среднюю подвижность, выраженную через дрейфовый потенциал:

(3.23)

Средняя подвижность будет равна

(3.24)

где μp определяется соотношением (3.17).

Уменьшение подвижности с ростом концентрации примесей должно привести к уменьшению предельной частоты коэффициента переноса ωβ. Поправка к формулам (3.3) и (3.4) может быть сделана заменой величины Dp на величину Dpcp, определенную на основании соотношения Эйнштейна:

 Скачать реферат