32. Концентрация основных носителей зарядов в базе (p-n-p).

Инжекция дырок из эмиттера в базу сопровождается одновременным поступлением из внешней цепи (через вывод базы) такого количества электронов, которое обеспечивает нейтральность объема базы. При этом распределение электронов в базе должно быть таким же как и распределение дырок, т.к. только в этом случае каждая микрообласть базы будет нейтральна.

Такое неравномерное распределение полей может быть стационарно лишь при наличии в базе электрического поля Е, уравновешивающего действия диффузионных сил, стремящихся выровнять концентрацию.

Рис. 3.5.

Т

Е=0

акое поле создается в базе за счет незначительного взаимного смещения распределенных в пространстве электронного и дырочного заряда. Величину внутреннего поля Е найдем исходя из того, что электронная составляющая тока эмиттера в транзисторе очень мала по сравнению с дырочной. Положив ее равной нулю, получим:

И

(3.9)

з условий нейтральности избыточная концентрация электронов должна быть равна избыточной концентрации дырок

n - n_n = P-P_n (3.10)

Г

(3.11)

радиенты концентрации должны быть также равны:

А концентрация электронов при р>>P_n

n = n_n + P - P_n ≈ n_n + P (3.12)

Напряженность внутреннего поля базы, уравновешивающего неравномерное распределение электронов:

В

(3.13)

(3.14)

нутреннее поле базы является ускоряющим для дырок, движущихся к коллектору и, следовательно, дырочный ток в базе имеет не только диффузионную, но и дрейфовую составляющую

И

(3.15)

спользуя соотношение (3.9)

( здесь переменная величина – Р)

При небольших уровнях инжекции P<<0,1n_n, влияние электрического поля становится значительным. При P>>n_n эффективный коэффициент диффузии

(3.16)

стремится к D_эфф.→2D_p

Электрическое поле в базе при большом D_эфф увеличивает инжекцию.

33. Особенности транзисторов с переменной концентрацией примесей в базе (дрейфовые транзисторы) Электрическое поле в базе.

Закон распределения примесей в базе можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью

N=N_э exp ax (3.17)

З

(3.18)

начение постоянной а в показателе экспоненты можно выразить через концентрацию примесей в базе у коллекторного перехода. N=N_k при х=ω и отсюда

Д

(3.19)

ля определения электрического поля считаем, что в состоянии равновесия диффузионный и дрейфовый токи равны.

П

(3.21)

ри условии, что концентрация основных носителей заряда равна концентрации доноров n=N. Найдем напряженность электрического поля в базе

И

(3.20)

з этого выражения видно, что электрическое поле постоянно по всей базе и его величина зависит только от толщины базы (ω) и концентрации примесей у эмиттера N_э и коллектора N_k.

Неравновесный заряд базы.

Внутреннее поле оказывает влияние на движение дырок в базе. Дырочный ток имеет диффузионную и дрейфовую составляющие.

И сходя из этого выражения для дырочного тока, можно найти распределение плотности носителей заряда в базе дрейфового транзистора. Пренебрегая рекомбинацией носителей заряда, будем считать, что плотность тока постоянна: j_p(x) =const, тогда дифференцируя по координате получим:

Р

(3.22)

(3.23)

ешение этого уравнения имеет вид:

где η – коэффициент Поля

О н определяет отношение разности потенциалов в базе

Δ φ = Еω, создаваемой градиентом концентрации примесей, к температурному потенциалу

Коэффициент поля в дрейфовых транзисторах имеет величину η=3-8

Рисунок 3.6 Распределение плотности носителей заряда в базе дрейфового транзистора, рассчитанная по формуле (3.23) для различных градиентов концентрации примесей при одной плотности дырочного тока.

Прямая η=0 соответствует транзистору с постоянной концентрацией примесей в базе. При увеличении коэффициента поля η электрическое поле в базе и дрейфовая составляющая тока возрастают, следовательно, диффузионная составляющая и градиент концентрации уменьшаются.

При η=8, ток у эмиттерного перехода определяется, в основном, дрейфом носителей заряда и градиент концентрации в этой области почти равен нулю.

По мере приближения к коллекторному переходу концентрация носителей заряда и дрейфовая составляющая тока уменьшаются, а градиент концентрации и диффузионная составляющая возрастают. Непосредственно у коллекторного перехода дрейфовая составляющая равна нулю и ток является чисто диффузионным. Диффузионный ток для дрейфового транзистора

Плотности тока дрейфового и диффузионного и концентрация заряда эмиттера в дрейфовом транзисторе значительно меньше, чем в бездрейфовом P_э

Из формулы:

Поэтому меньшую величину по сравнению с бездрейфовым имеет неравновесный заряд базы, а значит, и диффузионные емкости, связанные с изменением неравновесного заряда. Т.е. высокочастотные свойства дрейфовых транзисторов лучше, чем бездрейфовых.