Всего на сайте:
236 тыс. 713 статей

Главная | Электроника

Слайд 6  Просмотрен 187

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений

Слайд 7(1)

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений   Это достигается с помощью двух источников напряжения Uэ и Uк (рис. 4.3, а). Напряжение Uэ подключается положительным полюсом к эмиттеру относительно базы, напряжение Uк — отрицательным полюсом к коллектору относительно базы (схема с общей базой). Рассмотрим процессы, протекающие в эмиттерном переходе, базовом слое и коллекторном переходе транзистора. Так как в эмиттерном переходе внешнее напряжение Uэ действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок — основных носителей зарядов эмиттерного слоя — уменьшается и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большем количестве переходить (инжектировать) в область базы (рис. 4.3, а, в). Аналогичным образом увеличится диффузионный поток электронов (основных носителей заряда области базы) в эмиттер. С учетом достаточно малой для смещенного в прямом направлении p-n-перехода составляющей дрейфового тока, создаваемой неосновными носителями заряда областей, ток эмиттерного перехода и цепи эмиттера можно записать в виде Iэ = Iэр + Iэn. Дырочная составляющая тока Iэр создается потоком дырок, переходящих из эмиттера в базу. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора. Электронная составляющая тока Iэn обусловлена движением электронов из базы в эмиттер. Она замыкается по входной цепи через источник Uэ и не используется полезно (для создания тока в коллекторной цепи). Таким образом, функция эмиттерного перехода и процессы в эмиттерном переходе сводятся к инжекции носителей заряда (дырок) в базу.

 

Слайд 7(2)

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений   Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является так называемый коэффициент инжекции γ, показывающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет его дырочная составляющая: γ = Iэр / Iэ. (4.2) С точки зрения качества эмиттерного перехода необходимо, чтобы электронная составляющая эмиттерного тока Iэn была существенно меньше его дырочной составляющей Iэр. Это достигается значительным (на два-три порядка) превышением концентрации основных носителей заряда (дырок) в эмиттере над концентрацией основных носителей заряда (электронов) в базе (рp0 >> nn0). Как указывалось, задача решается применением высокоомного исходного полупроводника для создания базового слоя и введением большой концентрации акцепторной примеси для получения эмиттерного слоя. Для выпускаемых промышленностью транзисторов коэффициент инжекции γ = 0,97÷ 0,995.  

 

 

Слайд 8(1)

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений   Процессы в базовом слое определяются в основном поведением дырок, перешедших в базу через эмиттерный переход. Инжектируемые дырки, попадая в базовый слой, повышают концентрацию дырок в базе вблизи эмиттера по сравнению с равновесной концентрацией рn0 (рис. 4.3, б). На границе с эмиттерным переходом создается концентрация дырок рn(0). Величину этой концентрации, зависящей от подведенного напряжения Uэ, находят из соотношения, аналогичного для диода: Под действием концентрации рn(0) развивается диффузионное движение дырок в базе в сторону коллектора, т.е. в направлении меньшей концентрации. Концентрация дырок в базе на границе с коллекторным переходом устанавливается близкой к нулю, так как дошедшие до коллекторного перехода под действием диффузии дырки ускоряются полем перехода и перебрасываются в коллектор. Установившееся при определенном напряжении Uэ (определенном токе эмиттера и соответствующей величине рn(0)) распределение концентрации дырок в базе показано на рис. 4.3, б. Ввиду относительно малой толщины базового слоя lб (соизмеримой с диффузионной длиной дырок Lp) закон распределения концентрации дырок в базе при диффузии рn(х) близок к линейному. Градиент концентрации дырок в базе определяет диффузионный ток дырок в ней в направлении коллекторного перехода. Описанный характер движения дырок в базе возможен только тогда, когда количество находящихся в объеме базы дырок равно количеству электронов, а распределения их концентраций близки (объемный заряд дырок скомпенсирован объемным зарядом электронов), т.е. при условии электрической нейтральности базы.  

Слайд 8(2)

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений   Электроны, компенсирующие объемный заряд дырок, поступают по цепи базы одновременно с дырками, входящими в слой базы сразу же после подключения напряжений Uэ и Uк. В установившемся режиме концентрации дырок рn и электронов nn близки. Распределение концентрации электронов на рис. 4.3, б показано пунктирной кривой. Наличие дырок и электронов в базе приводит к тому, что в процессе диффузии некоторая часть дырок рекомбинирует с электронами (рис. 4.3, а). В результате актов рекомбинации количество дырок, дошедших до коллектора, не будет равно количеству дырок, поступивших из эмиттера, и, следовательно, дырочная составляющая коллекторного тока Iкp будет меньше дырочной составляющей эмиттерного тока Iэр. Вследствие рекомбинации некоторого числа дырок с электронами в процессе их движения через базу концентрация дырок уменьшается, что приводит к уменьшению их градиента концентрации по оси х и некоторому отличию кривой рn(х) от линейного закона (рис. 4.3, б). Вместе с тем акты рекомбинации дырок с электронами создают недостаток электронов, требующихся для компенсации дырок, постоянно входящих в базу из эмиттера. Необходимые электроны поступают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора Iбр (рис. 4.3, а). Следовательно, разность между дырочными составляющими эмиттерного и коллекторного токов представляет собой ток базы, обусловленный рекомбинацией в ней дырок. В соответствии с этим запишем соотношение для дырочных составляющих токов транзистора: Iэр = Iкp + Iбр.  

 

 

Слайд 8(3)

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений   Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дырок в базе δ, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного тока к дырочной составляющей эмиттерного тока: δ = Iкр / Iэр. (4.5) Желательно, чтобы величина коэффициента переноса δ как можно меньше отличалась от единицы. Способы приближения к единице коэффициента перноса δ направлены на сокращение потерь дырок в базе за счет актов рекомбинации. Это достигается увеличением времени жизни дырок в базе и сокращением времени их нахождения в базе. Сокращение времени нахождения дырок в базе связано с уменьшением толщины базового слоя lб и увеличением скорости их прохождения через базу. Последнее используется в так называемых дрейфовых транзисторах путем создания в слое базы ускоряющего поля. Типовые значения коэффициента δ для транзисторов лежат в пределах 0,96—0,996. δ=0,96—0,996

 

 

Предыдущая статья:Слайд 4.1 Следующая статья:Слайд 9
page speed (0.0253 sec, direct)