Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора

фкк и Uкб — потенциальный барьер и напряжение на р-п-переходе коллектор-база.

Потенциальный барьер p-n-перехода коллектор-база находится из выражения

(15)

Из соотношений (12) .(15) следует, что ширина p-n-переходов база-эмиттер и коллектор-база увеличивается при уменьшении концентрации легирующих примесей в них, в час

тности при уменьшении Na(xэ) и Nдк.

Напряжение Uкб при включении БТ по схеме с ОЭ определяется из соотношения

(16)

где Uкэ — напряжение питания коллектора в схеме с ОЭ;

Rк — сопротивление области коллектора, по которой течет ток Iк.Граница ОПЗ p-n-перехода коллектор-база в базе х'к равна

(17)

Сопротивление области коллектора в соответствии с рис. 1,а определяется выражением (при этом сопротивление скрытой коллекторной области n+-типа и подконтактной области n+-типа не учитываются)

(18)

Градиент dn/dx можно найти из соотношения

(19)

или в соответствии с выражениями (9) и (10):

(20)

С учетом (10), (11) и (20) выражение (8) можно преобразовать к следующему виду:

(21)

где ‑ начальное (при Uбэ = 0) значение тока эмиттера.

Инжекционная составляющая тока базы Iби согласно (1) определяется выражением

(22)

где — начальное значение тока;

— равновесная концентрация дырок в эмиттере;

— напряженность тормозящего поля в эмиттере, образующегося в результате диффузии электронов от поверхности к р-п-переходу эмиттер-база;

— время жизни инжектированных дырок в эмиттере.

Рекомбинационная составляющая тока базы Iбп согласно (1) описывается выражением

(23)

где — начальное значение тока;

q — концентрация ловушек захвата электронов и дырок;

Sn, Sp — сечения ловушек захвата электронов и дырок;

Vtn, Vtp — тепловые скорости электронов и дырок;

Dп пов — коэффициент диффузии электронов на поверхности пассивной базы;

τп пов — время жизни электронов на поверхности пассивной базы;

Рэ — периметр эмиттера.

Параметры Nt, Sn, Sp, Vtn, Vtp не зависят от топологических размеров и профиля легирования. Коэффициент Dп пов и время τп пов слабо зависят от концентрации акцепторов на поверхности. Кроме того, следует заметить, что ток Iбр в отличие от других составляющих тока базы пропорционален не площади, а периметру эмиттера. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при анализе зависимости коэффициента передачи тока от топологических размеров эмиттера.

Рекомбинационная составляющая тока базы Iбр-п согласно (1) находится из выражения

(24)

где — времена жизни электронов и дырок в ОПЗ р-п-перехода эмиттер-база.

Времена τпо и τро уменьшаются с ростом концентрации легирующих примесей в ОПЗ.

На рис.2 приведены графики зависимостей всех рассмотренных токов от напряжения Uбэ, построенные для типичных значений электрофизических параметров (1), определяющих значения этих токов.

Рис. 2. Графики зависимостей:

а ‑ токов Iк, Iби, 1бn, 1бp-n, от напряжения Uбэ;

б ‑ коэффициента передачи тока от коллектора

Следует отметить, что рекомбинационные токи слабее зависят от напряжения база-эмиттер, что учитывается коэффициентом два в знаменателе экспоненциальных множителей выражений (23) и (24).

С учетом (6) и графиков, приведенных на рис.2,а, можно построить график зависимости Вст(Iк), представленный на рис.2,б.

Сильная зависимость коэффициента передачи тока от тока коллектора имеет место в диапазоне рабочих токов коллектора БТ. Поэтому при проведении исследований зависимости коэффициента Вст(Iк) от конструктивно-технологических параметров необходимо поддерживать ток Iк постоянным, что обеспечивается соответствующим изменением напряжения прямого смещения на p-n-переходе база эмиттер Uбэ. Напряжение Uбэ, обеспечивающее заданный ток Iк, с учетом принятого ранее допущения Iэ = Iк и соотношения (21) может быть рассчитано по формуле

(25)

Из выражения (25) следует, что при увеличении Iэо, которое может произойти при изменении конструктивно-технологических параметров БТ (при проведении соответствующих исследований), напряжение Uбэ.уменьшится, что приведет к уменьшению составляющих тока базы.

Граничная частота усиления БТ согласно (1) определяется выражением

, (26)

где - постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p-перехода база-эмиттер Сбэ;

- время пролета через квазинейтральную базу;

- постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p перехода коллектор-база Скб.

Барьерная емкость Сбэ, состоит из двух параллельно включенных емкостей донной и боковой частей p-n-перехода база-эмиттер:

Сбэ= Сбэдон+ Сбэбок, (27)

где Сбэдон=εε0·zэ·Lэ/lбэ(xэ) – емкость донной части p-n-перехода база-эмиттер;

Сбэбок= - емкость боковой части p-n-перехода база-эмиттер;

Поскольку ширина ОПЗ зависит от концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, а она в боковой части p-n-перехода изменяется по глубине, то Сбэбок также зависит от глубины и с учетом двухмерного распределения донорной примеси может быть определена из выражения

, (28)

где Nд(х,у) = Ndn·erfc[(х+1,5у)/2] — двухмерное распределение донорной (эмиттерной) примеси;

φкэбок(х) — контактная разность потенциалов боковой части р-n-перехода база-эмиттер(зависит от глубины по той же причине, что и ширина lбэбок.).

Сопротивление базы Rб можно представить состоящим из двух последовательно включенных сопротивлений активной и пассивной базы, по которым протекает ток базы от соответствующего вывода до р-n-перехода эмиттер-база:

 Скачать реферат